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北斗授时终端工作原理

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发表时间:2017-08-25 14:08作者:syn029来源:西安同步原创

随着科学技术的快速发展,对精密时间及时间的准确度要求越来越高。近年来,北斗卫星导航系统迅速崛起,北斗授时终端也应运而生,北斗授时终端相关产业和方向的研究也逐步成为热点,从而使得对时间的准确度和精度的应用提升到了一个新的高度。

1、北斗授时终端概述

北斗授时终端中,利用所接收导航信号解算的高精度时间信息综合实现NTP、B码、PTP和串口等的高精度授时服务。B码是其中一种应用最为广泛的专用时间码,其特点是速率适中、编码信息量丰富、通用规范及使用灵活方便。基于北斗授时的B码终端在靶场测量、控制、计算、通信、气象和电力等领域得到了越来越广泛的应用。

电力、金融、电信是与国家安全和人民利益息息相关的重要领域,它们对时间系统的同步性都有着很高的要求,原来我国在这些领域使用的都是GPS授时技术,不但受制于人,还存在着极大的安全隐患。伴随着我国北斗卫星导航系统(BDS)和北斗授时技术的快速发展,目前北斗授时产品已逐步替代了GPS产品。

授时技术主要包括短波授时、长波授时、网络授时和卫星授时,其中卫星导航授时具有精度高、覆盖范围广、全天时、全天候和设备成本低等诸多优点,越来越受到各类用户的青睐。

2、北斗授时原理

2.1单向授时

单向授时是北斗授时终端自主实现定时功能。?#20174;?#25480;时终端接收卫星信号,解算出基本观测量信息和导航电文信息,进而获得钟差修正本地时间,使本地时间与UTC同步。单向授时分为RNSS单向授时与RDSS单向授时两种模式。

1)RNSS单向授时

RNSS授时终端通过自主解算获得自身位置信息或者根据已知坐标位置信息可以获得定时信息。卫星导航电文信息包括整周秒计数、周内秒计数、钟差参数、与UTC时间同步参数等信息,RNSS授时终端通过接收卫星导航信号并自主解算出本地时间和GNSS系统时间差?TJST-GNT,并且根据卫星导航系统与UTC的时间差值?TGNT-UTC修正本地时钟,从而使本地时间与UTC时间同步。

授时终端获得本地时刻与UTC时间的差值?TJST-UTC为:?TJST-UTC=?TJST-GNT+?TGNT-UTC(1)?TJST-GNT=T测量-T下行-T其它(2)其中,?TJST-UTC为本地时间与UTC时间的差值;?TJST-GNT为本地时间与GNSS系统时间差值,T测量为GNSS卫星到授时终端的?#26412;?#26102;间,由授时终端测量获得,T下行为GNSS卫星到授时终端的空间几何传播时延,T其它为其它时延相关内容,包括电离层、对流层、设备零值等;?TGNT-UTC为卫星导航系统时间与UTC时间差值。

2)RDSS单向授时

RDSS单向授时原理与RNSS类似,但由于RDSS卫星对于出站信号为透明转发,因此通过授时终端获得本地时刻与UTC时间差值中还包括了上行信号传播时延及卫星转发器的零值。其中上行传播时延可以从RDSS出站电文中获得。?TJST-UTC=?TJST-GNT+?TGNT-UTC(3)?TJST-GNT=T测量-T下行-T其它-T上?#26657;?)其中,?TJST-UTC为本地时间与UTC时间的差值;?TJST-GNT为本地时间与RDSS系统时间差值,T测量为RDSS地面中心站经卫星转发到授时终端的?#26412;?#26102;间,由授时终端测量获得,T下行为RDSS卫星到授时终端的空间几何传播时延,T其它为其它时延相关内容,包括电离层、对流层、设备零值、转发器时延等,?T上行为RDSS系统地面中心站到RDSS卫星的上行传播时延,该值可以从RDSS出站电文中获得;?TGNT-UTC为卫星导航系统时间与UTC时间差值。

2.2 RDSS双向授时

RDSS双向授时设备具备出站信号接收和应答发射入站信号的能力,通过与地面中心站进?#22411;?#36820;测量,由中心站获得授时终端与地面中心站的时间差值,可以避免授时终端天线位置误差、电离层/对流层改造残差等诸多不确定因素引起的单向授时偏差,相对于RDSS单向授时,双向授时具有较高的授时精度。

北斗双向授时图

北斗双向授时图

RDSS双向授时是一?#38047;?#25480;时终端发起授时申请,授时终端与地面中心站进行交互,向地面中心站发送定时申请,地面中心站计算其与授时终端的时间差,并通过出站信号播发给该授时终端,授时终端返回的正向传播时?#26377;?#24687;T正向及出站电文获得的RDSS系统时间与UTC时间差值?T(GNT-UTC),修正本地时间使其与UTC时间同步完成双向授时。?TJST-UTC=T测量-T正向-T接收零值+?TGNT-UTC(5)

其中,?TJST-UTC为本地时间与UTC时间差值;T测量为RDSS地面中心站经卫星转发到授时终端的?#26412;?#26102;间,由授时终端测量获得;T正向为RDSS出站信号经卫星转发器至授时终端的传播时延;T接收零值为双向授时终端的接收零值;?TGNT-UTC为卫星导航系统时间与UTC时间差值。

3、北斗授时B码终端

B码是一种国际通用的靶场测量与时间统一系统专用时间码,主要用于保持被控对象与测量系统时间的高度统一,并提供高精度的时间信号。目前,国内通用的B码格式分2个版本,即GJB2991-1997《B时间码接口终端通用规范》规定的97版B码和GJB2991-2008《B时间码接口终端通用规范》规定的2008版B码。

B码的时间信息采用BCD码编码表示,其编码格式可参考GJB2991-1997《B时间码接口终端通用规范》中B格式时间码图。B码的时帧速率为1帧/s,1帧包含100个脉冲(码元),码元周期为10ms。

每个码元序号由索引计数所确定,索引计数由准时点起,从0~99。码元脉宽分为5ms、2ms和8ms,2ms表征二进制“0?#20445;?ms表征二进制“1?#20445;?ms表征位置识别标志“P”。帧格式中,Pr为帧参考点,其宽度为8ms。每10个码元有一个位置识别标志:P1,P2,P3,…,P9,P0,它们均为8ms宽度。一个时间格式帧从帧参考标?#31350;?#22987;,连续2个8ms宽脉冲表明时帧中秒的开始,从第2个8ms开始对码元进行编码,分别为第0,1,2,…,99个码元。97版B码其时间编码信息包含秒、分、时和天。

BCD码中的十进制数值域索引计数秒的个位秒的十位0~591~46~8分的个位分的十位0~5910~1315~17小时的个位小时的十位0~2320~2325~26天的个位天的十位天的百位1~36630~3335~3840~412008版B码相对于97版B码,增加了闰秒修正标志和年的编码。

其中,年的个位和十位的BCD编码交替出现在索引计数的45~48位,闰秒标志用于控制B码终端进行闰秒调整,闰秒标志码元为索引计数为27、28所对应的2个码元。用户在解调2008版B码时间时,需要?#32454;?#21442;照GJB2991-2008《B时间码接口终端通用规范》里关于闰秒的?#24471;鰨?#21363;当B码传输的时间需要向后闰秒调整时,闰秒标志编码为01;当需要向前闰秒调整时,闰秒标志编码为10。

4、北斗授时终端发展方向

随着北斗卫星导航系统的不断完善,北斗授时能力会不断提升,同时随着各类授时手段的不断丰富,基于北斗系统的授时应用会逐步得到扩展。目前基于北斗授时的B码终端应用及其广泛,其在溯源到北斗系统时间的基础上,同步输出DC-B码和AC-B码,可作为北斗授时的一种典型应用,装备于卫星地面应用系统、通信与?#23500;?#31995;统、智能景区等多个领域,为各行业用户提供高精度授时服务。

5、北斗授时终端产品

SYN011型B码时统是一款专用时统设备,从GPS/北斗卫星上/和外部输入的IRIG-B码获取标准时钟信号信息,内部采用高精度恒温晶振作为守时时钟源,建立时间参考并同步产生IRIG—B码(多模光纤接口)和RS422两种接口对其他设备进行IRIG-B码授时。

SYN013型时统终端是一款用于提供多路频标?#21271;?#36755;出的时统设备。时统终端接收GPS北斗卫星信号及两路IRIG-B码输入,对内部高精度原子钟进行驯服,使其准确度一?#21271;?#25345;和铯钟一样的准确度,输出IRIG-B码,10mhz,NTP/SNTP,TOD,1PPS,UDP监控等时钟信号。

SYN1610型B码时统设备是一款模块化配置的通用性时统终端,可接收北斗/ GPS信号/ IRIG-B码信号并与之同步,锁相授时参考源可通过前面板按键选择GPS、BD2或B码?#25105;?#19968;种作为参考源进行系统锁相,并且输出锁相后的各种时间信息以及相应的定时信息。包括多路IRIG-B直流码和交流码输出;串行时间及信息输出;NTP网络授时,PTP系统授时等,满足多种时频信号的需要。

以?#20808;?#31181;北斗授时终端产品都是已经广泛应用与我国的各大控制系统,大?#23478;?#32463;安全可靠运行四五年之久,是信得过的好产品。西安同步是生产的北斗授时终端产品不止上面列出来的三种,一般是根据客户要求定制,凡是有这方面要求的客户都可以随时和销售联系,会获得一份意想不到的解决方案。

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