Numerical Prediction Methods for Clock Deviation Based on Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer Data

三个功能的模特儿，多项式，光谱分析，和修改 AR 当模特儿，基于从双向卫星时间和频率转移导出的数据顺序在恰当、预言的钟偏差被学习并且比较。柔韧的当量被使用，它控制无关的观察的重要影响。一些结论证明柔韧的评价的预言精确比 LS 的好。从弄平的观察计算的预言精确比从采样观察计算了高。作为在钟偏差顺序的明显的时期变化的一个计数，多项式模型的预言的价值是难以置信的。光谱分析模型的预言精确是很低的，但是主要时期能是坚定的。6 小时的推测间隔的预言 RMS 是 1 ns 左右，当修改 AR 模型被使用时。

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.

应用亚太地区TWSTFT确定同步卫星位置

基于亚洲及太平洋地区的双向卫星时间频率比对(TWSTFT)链路和多通道时间传递调制解调器(MODEM),提出了一种确定地球同步卫星位置的方法,并估算了卫星定位的准确度。该方法原理简单,特别是这种定位建立在TWSTFT系统之上,基本上不需要额外的资金投入。

不同扩频码速率对TWSTFT比对的影响研究

卫星双向时间频率传递是目前世界上最准确的远距离时间比对技术之一。它是将两个地面站的时间信号通过卫星发送给对方站,时间信号的传输通过扩频码实现,因此扩频码速率是影响其比对精度的一个重要因素。文章首先给出了扩频通信的相关理论,然后通过设计比较试验,分析了不同扩频码速率对钟差测量的影响,特别是不同扩频码速率对设备时延的影响。试验结果证明扩频码速率越高,测量结果的不确定度越低,与理论分析一致。但受通信带宽的限制,扩频码速率不能无限扩大。文章根据实测验证,给出了卫星双向比对设备测试的码速率的选取原则建议。

基于TWSTFT进行钟差预报方法分析

用多项式拟合、频谱分析、改进的AR模型3种方法对由TWSTFT(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TWSTFT得到的一天的钟差,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RMS在1 ns左右。

拟准检定法在TWSTFT数据预处理中的应用

基于双向卫星时间频率传递(TWSTFT)基本原理,建立了关于观测值真误差的数学模型,该模型是秩亏的。为了有效地克服模型的秩亏问题,首先设计了参数合并算法;然后将拟准检定法(QUAD)应用到数据预处理中。设计了适当的计算流程,解决了粗差检测问题。分别用仿真和实测数据进行了验证。

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。

北斗时频传递链整体绝对校准技术研究

全球导航卫星系统(GNSS)时频传递因其较好的不确定度水平及使用方便等特点,已成为当前应用最广泛的时频传递技术。时频传递链校准是时间和频率量值精准传递的关键与必要前提,传统的分步绝对校准技术存在校准步骤复杂、不确定度来源多的问题。针对上述问题,该文提出一种整体绝对校准技术,对北斗卫星导航系统(BDS)时频传递链进行整体一次性校准,测量不确定度更低。通过对时频传递链整体绝对校准方法的研究,搭建了时频传递链整体绝对校准系统及实验平台,实现了北斗时频传递链的整体与分步绝对校准实验,评估其不确定度。结果表明两种方法校准结果一致性优于1.76 ns,合成标准不确定度分别评定为0.80 ns与1.00 ns。

星间激光时频传递系统中的多普勒频移补偿技术

为了减少星间激光时频传输过程中的多普勒频移并提高星间通信的可靠性,提出了一种多普勒频移补偿技术。首先,对多普勒频移进行了理论分析和仿真,得到了两卫星在24 h通信中断前传输激光光学频率所产生的多普勒频移;然后,设计了一个多普勒频移补偿系统用于星间激光多普勒频移补偿。仿真结果表明:该系统能在约15个控制周期内完成多普勒频移补偿,使得补偿后的多普勒频移小于8 kHz,比未补偿的情况改善了6个数量级。

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。

转发式测定轨技术及其研究进展

基于卫星双向时间传递原理,国家授时中心提出了转发式卫星测定轨方法,已将GEO通信卫星的测定轨精度提高到米级水平。近年来,转发式测定轨技术不断发展完善,观测目标已由单一GEO卫星扩展到北斗IGSO卫星(I1-S)。本文描述了转发式测量模型,并给出了转发式测定轨新系统对GEO卫星和北斗IGSO卫星(I1-S)的测定轨结果。经过试验验证,GEO、IGSO卫星的重叠弧段的轨道差的RMS值已分别达到2 m和0.9 m。长期的试验应用和分析表明,转发式测定轨技术的主要特色和优越性在于:转发测距与钟差分离,便于实现精密定轨;以精密时间测量为基础,测距精度高(2 cm),并且不受气象条件制约;使用微波频段和扩频技术,易于远距离测轨;该技术所需的星上透明转发器载荷成熟且易于小型化。从未来应用来看,转发式测定轨技术适用于中高轨航天器的精密测定轨,尤其对高轨卫星测定轨有明显优势,可用于开展相关科学研究。

一种卫星双向时频传递设备时延差的标定方法

利用卫星双向时间频率传递方法可以实现精度优于1 ns的远程时间同步。卫星双向设备时延差是影响双向比对结果的一项主要误差。目前,国际上通用的方法是利用一套可移动的双向校准设备实现对两套卫星双向设备时延差的校准。该方法存在设备成本高、占用通信卫星资源且对天气条件要求较高等问题。随着i GMAS站和其他监测站点的建设,越来越多站点的接收机监测数据资源可用。提出一种利用各站点监测数据实现对卫星双向设备时延差的校准方法。当卫星双向比对两地同时具有监测数据可用时,可以通过事后数据处理的方式校准两地卫星双向设备的时延差。校准的主要思路是利用精密星历、钟差和电离层产品,从每颗星的伪距测量值中扣除传播路径中的各项延迟,得到本地与导航系统时间的时差。通过对所有可见星的时差结果进行加权、滤波,并扣除接收机间的相对时延,得到比对两地的全视站间钟差。最后,通过与同时段的卫星双向结果进行比较,得到两地卫星双向设备的时延差,校准精度优于1 ns。虽然该方法无法实现亚纳秒量级的校准,但是可以较为简单地标定出两地卫星双向设备的时延差,可以满足纳秒级的时间同步应用需求。

卫星双向法时间频率比对系统的研究与构建

卫星双向法时间频率比对技术有效解决了GPS共视法(GPS-CV)比对精度难以满足现实需求的问题,其比对精度可达0.3ns左右.本文根据卫星双向法基本原理,构建了卫星地面接收系统,用于发射和接收时间频率信号.同时进行了初步的数据处理,在综合考虑路径时延等因素的影响下,将最终结果与德国联邦物理技术研究院(PTB)的计算结果进行比较,其一致性非常好,表明该系统工作可靠.该系统已成功应用于中国计量科学研究院(NIM)守时和授时工作.

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。

NTSC国际时间比对链路状态监测软件的设计与实现

为了提高NTSC国际时间比对的效率,保障UTC(NTSC)的日常监测,研究并设计了一套国际时间比对链路自动化计算及监测软件,通过多链路互检的方式,监测各链路运行状态,提高比对链路的可靠性。分别利用共视、卫星双向(TWSTFT)和精密单点定位(PPP)时间传递方法,分析获得全球主要实验室保持的UTC(k)与UTC(NTSC)之间的偏差,并在可视化界面上以钟差曲线的形式实时显示。在试运行过程中,自动化软件计算通过GNSS PPP计算得到的实验室间的钟差与BIPM一个月后公布的钟差结果之间的最大偏差小于0.5ns,通过卫星双向计算得到的实验室间的钟差与BIPM一个月后公布的钟差结果基本一致。结果表明:软件设计合理、执行高效,实现了相关的功能;可满足实验室对国际比对链路状态日常监测的基本需求。

基于1 Mcps/s码速率的亚欧卫星双向时间比对性能分析

卫星信道租赁费是目前卫星双向时间传递(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer, TWSTFT)的主要成本之一.在2017年5月以前,参与UTC (Coordinated Universal Time)计算的亚洲-欧洲实验室之间进行Ku波段卫星双向时间频率传递一直使用2.5 Mcps/s码速率,带宽为2.5 MHz的伪随机码.为了在不影响时间频率传递性能的前提下降低成本,在欧亚间首次尝试采用1 Mcps/s码速率,带宽为1.7 MHz的伪随机码,进行亚欧卫星双向时间传递.并使用已校准的GPS PPP (Global Position System Precise Point Positioning)链路为双向链路进行间接校准.选择2018年12月的TWSTFT链路数据,分析链路性能发现,通过ABS-2A卫星,使用1 Mcps/s码速率构建的卫星双向时间比对链路的日频率稳定度达到10^-15,时间稳定度优于0.3 ns.与已校准的GPS PPP链路数据进行验证分析,结果表明,使用1 Mcps/s码速率进行超长距离卫星双向时间传递与已校准的GPS PPP时间传递结果一致,与传统手段相比,其系统造价低,时间传递性能可以满足国际原子时计算的需求.

精密时频传递技术综述

精密时间频率传递技术在当今众多领域中发挥基础支撑作用,同时也是UTC(coordinated universal time)、TAI(international atomic time)等国际时间标准建立和维持的关键技术之一。本文对3类主流的精密时频传递技术进行了研究。结果表明,卫星时频传递发展最为成熟,应用最为广泛,但同时也面临性能提升瓶颈及安全性、环境适应性等隐患;光纤时频传递利用先进的光纤传输技术,在传递性能方面具有一定的优越性,但易受环境温度等因素的影响,且在铺设范围、成本及灵活性方面存在局限性;激光时频传递利用卫星激光测距技术实现星地时钟的高精度比对,但该技术实施需要专用系统及设备,应用领域有限,目前主要应用于卫星导航系统性能增强。本文研究可为建设满足精度、稳定性、可靠性及安全性要求的国家时频体系提供参考。

基于软件接收机的卫星双向时间频率传递

卫星双向时间频率传递是目前最准确的远距离时间比对方式之一。多年以来,卫星双向一直是利用硬件调制解调器来开展工作。在国际时间频率咨询委员会卫星双向工作组的组织下,全球主要时间实验室于2016年发起了基于软件接收机的卫星双向时间比对试验。2016年8月,中国科学院国家授时中心与德国物理技术研究院开通了第一条欧亚间基于软件接收机的卫星双向时间比对链路。通过对基于软件接收机的卫星双向时间比对进行测试与标定,结果表明:该时间比对方式的频率相对稳定度和时间稳定度分别可以达到1×10^-15/d和1 ns,其链路总不确定优于1.6 ns。最后将该链路与基于硬件调制解调器的卫星双向时间比对进行比较验证,二者结果互为一致。

双通道终端进行卫星双向法时间比对的归算方法

用双通道终端进行卫星双向法时间比对,可同时实现多台站时间同步。但是,目前双通道终端卫星双向法时间比对仍采用经典二台站归算方法,同时性的优点并没有得到充分的利用,其结果不闭合,比对得到的结果不统一。为了避免了上述问题,给出了新的归算方法,在同一系统下给出时间比对结果。新的归算方法不但提高了时间比对精度,同时还给出卫星到地面站之间的精确伪距,籍此精确地测定卫星的实时位置。

中日卫星双向时间比对稳定度的测定方法

阿伦方差是频率稳定度的常用测定方法,但它的局限性在于只针对取样间隔相等的情况,而对于取样间隔不等的被测定对象,测定结果会与实际大相径庭。中日时间频率传递数据的取样间隔分别为四天和三天,提出了一种新的测定方法,并将两种方法对中日比对数据在同一时段的频率稳定度做比较,证实了新方法较阿伦方差更适合取样间隔不等的数据稳定度的测定。