基于Express-80的卫星双向时间频率传递方法

为了使欧亚ABS-2A卫星双向链路早日用于国际标准时间协调世界时(UTC)计算并长期稳定运行,提出一种基于Express-80的欧亚链路性能测试方法:选取组网中4条长、短基线卫星双向时间频率传递(TWSTFT)比对链路2022年3月的观测数据,以已校准的全球定位系统(GPS)精密单点定位(PPP)链路数据为参考,利用修正阿伦方差和与参考链路作差结果的标准偏差等指标对双向链路开展性能分析。结果表明,通过Express-80卫星构建的欧亚链路双向时间比对的天稳为10-15量级,与GPS PPP链路作差结果的标准差小于0.5 ns,与GPS PPP时间传递结果一致,说明建立的卫星双向链路可以用于UTC的计算。

抗差Vondrak滤波方法在时间频率传递中的应用

时间频率传递的结果会受到非模型化误差和观测噪声的影响,其噪声常为高频信号,构建低通滤波器可在一定程度上消除观测值序列中的高频噪声信号.本文对Vondrak滤波函数的本质进行剖析,通过IGG3算法对钟差序列进行定权并采用频率响应法选择适合的滤波因子;对不同的链路分别进行卫星双向时间频率传递(two-way satellite time and frequency transfer,TWSTFT)、基于软件接收机的卫星双向时间传递(two-way satellite time and frequency transfer based on software defined receiver,SDR-TWSTFT)和短基线共视时间频率传递实验,并对钟差结果采用抗差Vondrak滤波进行平滑去噪.结果表明:滤波后的钟差序列能够很好地反映原始钟差序列的趋势;平滑后的TWSTFT钟差结果,日波动效应得到了有效的抑制,精度有明显提升;对于共视钟差结果,精度有明显提升,与精密单点定位(precise point positioning,PPP)时间传递结果的差值保持在−1.0~1.0 ns范围内.

基于光纤双向时间传递实时驯服铷钟的远程时间溯源

为了提高铷原子钟的远程时间溯源性能,在中国计量科学研究院TWOTFT链路的基础上,实施了对铷原子钟的高精密准实时驯服实验,驯服间隔分别为16,5,1 min,实现了基于TWOTFT的远程时间溯源原理验证。实验结果表明:在远程时间溯源中,TWOTFT相比GNSS时间频率传递效果更优,且1 min TWOTFT远程时间溯源效果最优,98.67%的时差绝对值在0.5 ns内,时间稳定度和频率稳定度分别为2.5×10^(-11)s·d^(-1)和5.0×10^(-16)d^(-1)。

卫星双向时间频率传递中的Sagnac效应

结合卫星双向时间频率传递技术,提出了在卫星运动情况下Sagnac效应解决方案。卫星双向时间频率传递技术是基于地球同步卫星进行的。地球同步卫星在各种摄动力的影响下,相对于地面上的某点不是绝对静止的,而是作小幅度日周期性运动。Sagnac效应与卫星和地面观测站的位置密切相关,卫星的运动直接导致了Sagnac效应也具有日周期变化的特征。使用高精度实测卫星轨道数据对Sagnac效应进行计算分析,结果表明:由卫星运动引起的Sagnac效应值具有与卫星运动一致的周日变化规律特征,大小达到几百皮秒的量级,与传统的将同步卫星作为静止点处理相比,提高了Sagnac效应误差的修正精度。该方案对于各种高精度卫星时间比对技术和卫星导航等领域具有重要的应用价值。

基于卫星双向时间频率传递进行钟差预报的方法研究

用多项式拟合、谱分析、改进的AR模型三种方法对由卫星双向时间频率传递得出的钟差时间序列进行了拟合和预报分析。为了抵制钟差时间序列中异常值的影响,引入了“抗差等价权”,利用卫星双向时间频率传递得到的1 d的钟差,按不同采样率、不同时间跨度进行计算分析。结果表明,抗差估计的预报精度明显高于最小二乘估计;平滑值的预报精度高于采样值;由于钟差时间序列中有明显的周期变化,多项式进行钟差预报的精度不可靠;用谱分析进行钟差预报的精度不高,但可以发现钟差时间序列中的主要周期变化;改进的AR模型预报精度最高,预报6 h钟差的RMS在1 ns左右。

光纤时间频率信号传递研究

随着时间频率标准和光纤通信网络的发展,利用通信光纤传输时间频率信号体现出巨大的精度优势。报告了中国科学院国家授时中心在光纤时间频率传递方面的研究进展。利用PDH方法和超低膨胀系数玻璃光学参考腔获得用作光频传输光源的1.9 Hz线宽1 550 nm超稳窄线宽激光,并在实验室光纤上进行传输相位噪声抑制,获得8.5×10^(-17)的传输稳定度(110 km,秒稳),在实地光纤112 km上也获得了接近的光频传输稳定度。提出并验证光纤光频传递相位噪声的用户端补偿方法,可用于光频传输多用户网络。利用临潼—西安56 km实地光纤将UTC(NTSC)信号传递到西安航天城,实现两地的时间同步,同步稳定度优于30 ps。

IGS电离层产品在双向时间频率传递中的应用

利用IGS组织提供的全球电离层资料对卫星双向时间频率传递中的电离层误差进行修正。IGS提供特定时刻、固定经纬度网格点上的电离层总电子含量。对该电离层资料首先进行空间四点网格内插,然后利用双线性内插得到电离层穿刺点所需时刻的总电子含量,最后将得到电离层数据经过处理用于双向时间频率传递修正。结果表明:电离层对C波段的影响在(0～0.5)ns范围内,这对亚纳秒量级的时间比对是必须考虑的。IGS提供的电离层产品适合应用于双向时间频率传递,具有方法简单、准确度高和价格低廉等特点。

卫星双向法时间频率传递中Sagnac效应的计算分析

结合卫星双向法时间传递(TWSTFT),介绍了Sagnac效应原理,推导了Sagnac效应的基本计算公式,并给出详细计算过程。对Sagnac效应在常见几种情况下的应用进行了讨论。这对于卫星时间同步和卫星导航定位具有重要的参考价值和实用意义。

基于实地光纤的双向量子时间传递实验研究

高精度的时间传递技术已经广泛地应用在守时授时、导航定位、科学研究等各个领域。量子时间传递技术利用频率纠缠脉冲作为时间信号的载体,结合高精度的量子测量技术可以极大地提高时间传递精度。由于频率纠缠脉冲自身的高度关联性,量子时间传递技术具有更高的安全性。本文在9.76 km的实地光纤中开展了双向量子时间传递实验研究,得到的时间传递稳定度在平均时间是10 s时为1.55 ps,平均时间是20480 s时为92 fs。飞秒量级的双向量子时间传递结合其安全性优势,有望在高精度的中长途传递系统中获得广泛应用。

基于“北斗”观测数据的C波段双向卫星时间频率传递中的电离层改正

为了提高C波段双向卫星时间频率传递(TWSTFT)精度,用载波相位观测值平滑伪距的方法,计算电离层延迟对C波段双向卫星时间频率传递的影响。在临潼站和喀什站观测北斗G3星并进行双向比对。该实验结果表明,实验期间C波段双向卫星时间频率传递中电离层延迟影响的最大值为0.47 ns。

联合卫星双向时间频率传递和GNSS观测数据确定重力位差和高程差

选取国际权度局发布的4个台站2014-01-14~26的卫星双向时间频率时钟频率之差观测序列及GNSS时钟频率之差数据序列,基于时钟比对法,确定了两地之间重力位差和高程差。与EGM2008模型结果检核表明,重力位差和高程差的标准差分别为308.5m2/s2和31.5m,实验结果与目前守时台站所采用原子钟的稳定度10-15量级基本一致。

卫星双向时间频率传递链路中的功率预算分析

根据卫星双向时间传递的原理,研究了时间传递不确定度与双向链路总信噪比的关系,基于卫星通信系统链路功率的计算方法,给出了卫星双向链路功率计算的关键环节与链路预算步骤,并结合实际情况给出了北京-西安两地卫星双向时间传递链路的功率设计。

光纤双向时间传递的误差分析

介绍了光纤双向时间传递的基本原理和系统组成，通过对信号传输链路分析，推导出了影响时间同步精度的误差来源。详细分析了来回光纤链路不对称性、光器件处理、时间间隔测量等引人的误差对时间同步精度的影响，从理论上计算出各项影响因素引入误差的量值。提出了降低误差、提高系统同步精度的方法。通过理论分析和计算得出光纤双向时间传递系统同步精度可达亚纳秒量级。

卫星双向时间频率传递系统差校准方法

卫星双向时间频率传递(TWSTFT)是目前最准确的远距离时间频率传递技术之一,其时间传递不确定度可达1 ns。由于设备老化等原因,设备时延会发生变化,因此需要定期对TWSTFT固定地面站进行校准,测量出系统差。目前系统差校准的方差主要有模拟器法、单移动站法、双移动站法等。对这几种校准方法进行了研究,总结了其优缺点和应用场景,可为TWSTFT固定地面站之间的系统差校准提供参考。

相位自校准的光纤微波频率绝对相位传递

提出一种相位自校准的光纤微波频率相位传递方案。该方案使用声表面波滤波器的冲激响应的窄带信号作为时间信号,使其与频率信号可同时使用同一波长进行传输。为实现稳定的可重复相位差,利用时间信号的往返传输时延来确定频率信号的整数个周期,并在多次重启的情况下验证了系统相位的稳定性。在60 km实验室平台上对所提方案进行验证,频率传递的稳定度优于4×10^(-14)@1 s,5×10^(-17)@10000 s。系统多次重启的情况下,所获得的平均相位差最大不一致的峰峰值为0.008 rad,对应于整个周期的0.15%,可保证较高的相位一致性。

用双向时间频率传递法评估北斗卫星系统时间性能

系统时间性能是导航卫星极其重要的技术指标，对其实施有效评估是导航系统建设和运行提出的迫切需求。本文研究了基于卫星双向时间频率传递技术的导航系统时间评估方法，给出了双向时间频率传递技术理论算法和数学模型，并利用该方法处理了3个多月的北斗卫星C波段双向观测数据，得到BDT（北斗时）相对UTC（NTSC）的钟差。根据钟差结果，计算了北斗卫星系统时间的频率准确度和稳定度。

一种基于移动参考站的卫星双向时间频率传递系统时延校准方法

设备时延是卫星双向时间频率传递过程中的主要误差源,对其进行校准是获得高精度时间比对的关键。从卫星双向时间频率传递的基本原理出发,分析了基于移动参考站的卫星双向时间频率传递链路设备时延校准的方法。工程实践中,限于条件对校准方法进行了调整,实现了对两站卫星双向时间比对链路设备时延的校准。

卫星双向时间频率传递调制解调器研制进展

卫星双向时间比对调制解调器是卫星双向时间比对系统的核心设备,文章介绍了北京无线电计量测试研究所自主研发的卫星双向时间比对调制解调器(BIRMM modem)的研制情况,该设备具备1Mchip/s,2.5Mchip/s,5Mchip/s三种码速率,最多可拓展10个通道,中频输出频率70MHz。通过本地上星比对试验对BIRMM modem的核心性能指标进行了分析及评估。测试结果表明:BIRMM modem的时间比对精度优于0.3ns。

高精度光纤时间频率一体化传递

为满足各工程应用领域对于高精度时间频率同步的需求,降低系统复杂度,保障大规模光纤时频传递网络的顺利建设,该文提出基于伪码调制技术的光纤时间频率一体化传递方法,设计并搭建了光纤时间频率一体化传递系统,完成了光纤单向和双向时频一体化传递。在单向时频传递试验中,分析了温度变化对于系统传输时延的影响;在双向时频传递试验中,实现了时间频率的高精度传递,系统附加时间传递抖动为0.28ps/s,0.82ps/1000s,附加频率传递不稳定度为4.94×10^-13/s,6.39×10^-17/40000s。试验结果表明,该方法实现了时间、频率一体化高精度同步,且系统附加时间传递抖动优于目前各光纤时间同步方案。

卫星双向时间频率传递校准技术综述

卫星双向时间频率传递技术是高精度时间频率远程比对的基本手段,其时间比对A类标准不确定度优于0.1ns,B类标准不确定度主要取决于系统的校准。本文简述了卫星双向时间频率传递的基本理论,着重说明各种卫星双向时间频率传递系统校准方法和硬件实现,对各种校准技术进行评述和比较,总结并展望了校准技术发展的方向。