Technology of shipboard two-way microwave time synchronization

For the high precision time synchronization demand of ships, advantages and disadvantages of the present time transfer methods are analyzed, the two-way microwave time transfer （TWMTT） method is adopted to resolve the time synchronization problem in the Naval Ship Formation. After expounding the principle and system composition of TWMTT method, the various factors influencing the synchronous precision are analyzed, such as time-interval measurement error, TWMTT equipment delay error, signal propagation error in air, and signal delay error caused by shipping. To improve the time synchronization precision, all the error sources above are deduced with mathematical measures to definite the critical one, and the signal processing measures such as Pseudo code spread spectrum time comparison signal generation technology, FFT fast acquisition technology and precise tracking technology are used into the modem which is the core equipment of the TWMTT. And, calibration method of TWMTT equipment delay are developed. Through theoretical a- nalysis and simulation verification, the precision of shipboard two-way microwave time synchroniza- tion can reach 1 ns.

时间传递链路闭合钟差处理方法与性能分析

守时实验室和全球卫星导航系统(GNSS)维持的时间基准都通过不同溯源链路溯源至UTC(k),k为实验室代号。目前主流溯源方式包括光纤时间传递、卫星双向时间传递和GNSS共视时间传递。通过对不同溯源链路构造闭环钟差模型,利用间接平差修正各溯源链路钟差,消除了不同链路中存在在系统差和周期项等误差,提升了时间传递精度。采用5个时频站中8条独立不同溯源链路的钟差实测数据的对算法进行验证,结果表明:由于存在未消除空间误差的影响,卫星双向时间传递和GNSS共视时间传递在长基线条件下都存在明显的周期项,通过对溯源链路的平差修正,消除了溯源钟差不闭合的问题。通过对钟差的二次多项式拟合得到的残差计算,GNSS共视时间传递噪声由0.43ns降低至0.25 ns,卫星双向时间传递噪声0.21 ns降低至0.14 ns,光纤时间传递噪声由0.18 ns降低至0.12 ns。通过提升各溯源链路的时间传递精度,有效地改善了各时间基准的服务能力。

基于OOK体制的激光统一测控系统设计与实现

激光统一测控系统采用激光链路同时实现高速通信、高精度测距和时钟同步.为了实现激光统一测控系统,根据异步应答测距方法,设计研制了基于OOK体制的激光统一测控系统原理样机,样机包含两套激光模拟终端,分别向对方发送包含测量数据帧的激光调制信号,并记录发送测量数据帧和接收测量数据帧的本地钟时间,据此计算得到距离、钟差、相对频差的测量结果.样机有线对接试验表明,在码率为2.5 Gbit/s的双向激光通信条件下,测距随机误差为6.2 mm,测距系统误差为1.3 mm,钟差测量随机误差为27 ps,相对频差测量随机误差为2.7×10-13.该样机为激光统一测控设备的研制和应用提供了技术支撑.

卫星双向时间比对及其误差分析

介绍了卫星双向时间比对(TWSTT)方法的发展过程及其基本原理,讨论了TWSTT的误差源,分析了各误差源对比对精度的影响.得出影响TWSTT精度的主要误差源为设备时延误差和路径传播时延误差,而由于卫星和地面站运动引起的误差相对较小,从而给出了实际应用时不同比对精度下需要考虑的误差源及对误差源的精度要求.

卫星运动对星间双向法时间同步的影响分析与校正

编队飞行卫星间的距离和时间差测量是实现分布式航天器完成特定任务的重要基础。文章分析了采用双向法实现星间距离和时间差测量处理时,卫星运动对星间双向比对测量的影响,推导出在考虑卫星运动情况下,星间双向比对测量数据的处理算法,给出了忽略卫星运行参数情况下,对距离和时间差计算结果的影响情况对比。

一种双基地雷达时间同步的新方法

提出了一种基于对流层散射双向时间比对的双基地雷达时间同步的新方法（TWT3S），利用对流层散射通信设备进行雷达站间双向时间比对以求取雷达站间精确的时间差。详细推导了TWT3 S的计算模型，对时间间隔测量误差、发射与接收设备时延误差、对流层时延误差、几何距离时延误差进行了讨论，并给出了TWT3 S的理论精度。计算结果表明，对流层时延误差是最主要的误差来源，占所有误差的90％以上。 TWT3 S模型的理论精度为15～21 ns，比采用微波或光纤直接同步法精度高，为双基地雷达时间同步提供了新的思路。

卫星双向时间频率比对数据处理及其误差分析

卫星双向法(TWSTFT)是目前比对精度最高的远距离时频传输技术,比对精度在0.3ns左右.本文介绍了TWSTFT的基本原理和中国计量科学研究院(NIM)卫星双向时间频率比对系统的构建情况.根据时间频率咨询委员会(CCTF)发布的卫星双向法软件标准化指南,对数据进行计算和处理,得到比对精度0.35ns.结合卫星双向法传输路径示意图,得出设备时延、电离层折射和卫星相对地面站运动为主要误差来源,其中设备时延引起的误差影响最大,为0.12ns.

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。

岸船卫星双向时间比对及其误差分析

详细介绍了岸船卫星双向时间比对原理,从原理得出,影响卫星双向时间比对精度的因素主要有2项:TA和TB的测量精度和双向比对链当中的不一致性。分析各误差源对岸船时间比对精度的影响,表明主要误差源为两站设备时延,它是由岸船通信系统时钟和时统时钟不同源引起的采样误差,误差最大达到0.104 ms;而测量误差和由于卫星和地面站运动引起的误差较小,一般不超过ns级。

多步法误差分离技术的比较分析

分析了一般多步法的频域解和时域解,探讨了多步法的本质.指出圆度误差和主轴回转误差的多步法误差分离系统本质上是一个总传递函数为G(k)=Gh(k)+Gδ(k)的并联系统,其分离所得的工件圆度误差中都存在着谐波损失,且该损失被残留在分离所得的装备主轴回转误差中.介绍了一种并联多步法的误差分离方法,它具有步数和谐波失真都较少的优点.

高精度双向时间比对同步技术原理与应用

在当前越来越多需要统一时间的多站系统中,时间同步是一个关健的问题。在详细介绍了双向时间比对同步原理的基础上,提出了双向时间比对同步的具体实现方案,并给出了实际工程应用中射频和中频试验的授时精度曲线,授时精度标准差小于3ns,确认了本方案和算法的高精度性能。本方案已在实际系统中成功应用,值得进一步推广。

遥感相机动态调制传递函数与时间延迟积分CCD行周期误差的关系

考虑推扫式遥感相机中的时间延迟积分(TDI)CCD行周期误差对成像动态调制传递函数(MTF)影响较大,且积分级数越高影响越大,本文分析并推导了存在行周期误差时TDICCD推扫成像的动态MTF数学模型并进行了仿真验证。首先,介绍了典型的TDICCD的电荷行转移时序,分析并推导了该时序下单级和多级积分级数时的采样窗口函数以及该时序下TDICCD的行周期误差率与动态MTF之间的精确函数关系,并指出本文推导的精确函数比传统函数多一个非线性参量。然后,进行了仿真实验。结果表明:行周期误差率ΔT/T=0时,该时序下的TDICCD在Nyquist频率下的动态MTF为静态MTF的0.632 5倍(TDICCD相数b=4),显示得到的动态MTF与行周期误差率关系曲线较传统方法得到的曲线有明显差异且动态MTF值要高于后者。最后,给出了在不同积分级数下、5%动态MTF下降率指标要求时的行周期误差率最大容许值。

基于预报钟差的轨道快速恢复

我国北斗卫星导航系统由GEO/IGSO/MEO混合星座构成,基本每7~10 d就会有一颗GEO卫星或IGSO卫星进行轨控操作。从卫星轨控开始,卫星存在5~6 h的不健康时期。造成机动卫星长期不健康的关键因素之一在于卫星和测站钟差数据的积累周期较长。本文提出了一种基于预报钟差的轨道快速恢复算法,通过结合星钟和站钟预报压缩机动卫星定轨观测数据积累的时间,从而缩短卫星恢复所需时间。6组机动试验结果表明:采用预报钟差策略在快速恢复初期的前几个小时对轨道预报的贡献尤为显著,对第1组定轨URE预报贡献最大可达84.82%。从3~8 h期间6组定轨平均情况来看,采用优化策略的预报URE,C01平均降低了26.06%,C04平均降低了31.58%,C03降低了9.95%。经测试该方法至少能将卫星不可用时间压缩1 h,对北斗系统建设具有重要工程应用价值。

卫星双向时间比对法的数字基带设计

随着导航系统的需求与发展,提高卫星双向时间比对设备的授时精度非常必要。介绍了卫星双向时间比对技术的基本原理,分析了数字基带设备中影响授时精度的主要误差来源,讨论了减小误差的方法和技术,并给出了数字基带设备的设计方案。实验结果表明,合理选择基带设备中应用到的设计参数,能够提高卫星双向时间比对法得授时精度。

运动多站的高精度时间同步技术

介绍了时间双向传递技术的基本原理,分析了运动双站的时间双向传递的误差源及误差源对同步精度的影响。

嫦娥五号探测器多舱段间接力式校时及误差控制方法

为优化嫦娥五号探测器操控,达到通过给任意具备测控链路的舱段校时即可实现多舱段组合体时间同步的目标,提出了一种接力式校时及误差控制方法。该方法通过相邻舱段间接力式时间传递实现舱段间时间自流动。设计了基于飞行模式的时间基准设备检索方法,通过统一的检索配置表使各设备能够根据飞行模式识别上级时间基准设备,实现了各舱段的自主校时。设计了总线控制器(Bus controller,BC)与远置单元(Remote terminal,RT)间的分布式时间传递误差控制方法,BC端修正时间信息发送时产生的误差,RT端控制时间信息接收时引入的误差,保证了整器时统精度。研究方法实现了多舱段复杂航天器的器内自组织时统,已在嫦娥五号探测器上得到应用并取得预期效果,可为后续航天器软件设计提供参考。

基于固定时隙TDM信道时间比对方法研究

岸船对时是指通过一定的技术手段保证远端异地测量船站的时间标准统一到整个测控网的时间标准中,对时的主要技术手段有GPS、短波和卫星双向对时等。分析了目前各种时间比对方法的优点和不足,在此基础上对固定时隙TDM卫星通信信道时间比对误差进行了详细分析,提出了消除主要误差的方法,根据误差修正方法设计试验样机,通过实际信道的精度测试验证了误差修正方法的可行性。

应用双向时间传递的重力卫星时标误差自主测量

星间时标误差的自主测量对于中国自主研发地球重力卫星具有重要意义.提出利用双向时间传递法实现重力卫星时标误差的自主测量,设计了测量方案,建立了包含卫星运动导致的链路非对称、电离层效应、设备零值以及随机测时误差在内的测量模型.结合地球重力卫星相关特性,分析了时标误差测量中各误差源的影响及相应的误差校正方法.以GRACE重力卫星为例,利用提出的方法和校正措施,星间时标误差自主测量精度可以达到0.62 ns,其中误差主要来自系统零值标定误差和随机测时误差.

基于MTF的时间延迟积分CCD成像系统同步误差分析

通过像移调制传递函数MTF分析了TD I-CCD行扫速率与运动像不同步时对相机成像质量的影响。为验证速度失配对TD I-CCD相机成像质量的影响,针对应用环境,利用高对比度靶标对TD I-CCD动态成像进行了仿真实验和动态测试,结果表明,在奈奎斯特频率范围内,只要将相机动态成像系统的同步误差控制在±2%的范围内,并使图像时钟处于连续多相的工作方式,就可以基本上消除同步误差对成像质量的影响。

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。