[發明專利]一種高精度遠程時間同步方法

無效

• 申請號: 201310418274.8
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103516457A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 張升康;王宏博;楊軍;馮克明
• 申請（專利權）人: 中國航天科工集團第二研究院二〇三所
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心 11024
• 代理人: 岳潔菱

1.一種高精度遠程時間同步方法，其特征在于該方法的具體步驟為：

第一步??搭建高精度時間同步系統

高精度時間同步系統，包括：一個主站（1）和多個從站；主站（1），包括：主原子鐘（8）、主時間頻率綜合器（9）、主時間比對調制解調器（10）、主衛通收發機（11）、主衛通天線（12）和鏈路切換模塊（13）；從站，包括：從原子鐘（14）、從時間頻率綜合器（15）、從時間比對調制解調器（16）、從衛通收發機（17）、從衛通天線（18）和時差數據采集預報模塊（19）；

主站（1）與從站之間通過地球同步衛星建立衛星雙向時間比對鏈路；

在主站（1）中，主原子鐘（8）10MHz信號輸出端口與主時間頻率綜合器（9）的參考輸入端相連，主時間頻率綜合器（9）的10MHz和1PPS信號輸出端口與主時間比對調制解調器（10）的參考輸入端相連，主時間比對調制解調器（10）的中頻輸出端與主衛通收發機（11）的中頻輸入端口相連，主時間比對調制解調器（10）的中頻輸入端與主衛通收發機（11）的中頻輸出端口相連，主衛星收發機的微波輸入輸出端與主天線饋源端相連，鏈路切換模塊（13）與主時間比對調制解調器（10）控制端口相連；

在從站中，從原子鐘（14）10MHz信號輸出端口與從時間頻率綜合器（15）的參考輸入端相連，從時間頻率綜合器（15）的10MHz和1PPS信號輸出端口與從時間比對調制解調器（16）的參考輸入端相連，從時間比對調制解調器（16）的中頻輸出端與從衛通收發機（17）的中頻輸入端口相連，從時間比對調制解調器（16）的中頻輸入端與從衛通收發機（17）的中頻輸出端口相連，從衛星收發機的微波輸入輸出端與從天線饋源端相連，時差數據采集預報模塊（19）與從時間比對調制解調器（16）數據端口相連；

鏈路切換模塊（13）的功能為：周期性地向主時間比對調制解調器（10）控制端寫入鏈路切換控制命令，實現主站（1）與各從站間的鏈路切換；

時差數據采集預報模塊（19）的功能為：采集從時間比對調制解調器（16）的測量數據，在鏈路工作期間將測量時差數據輸出給用戶，在鏈路中斷期間將預報時差數據輸出給用戶；

第二步?主站（1）與從站進行時間比對

主站（1）是整個時間同步系統的基準站，各從站通過與主站（1）進行衛星雙向時間比對測量本地秒脈沖與主站（1）秒脈沖相對時差、時速和時漂參數；在主站（1）與從站比對時，主站（1）通過主衛通天線（12）向衛星發射信號，通信衛星接收主站（1）信號并進行轉發，從站利用從衛通天線（18）接收該轉發信號，與此同時，從站也通過從衛通天線（18）向衛星發射信號，通信衛星接收從站信號并進行轉發，主站（1）利用主衛通天線（12）接收該轉發信號，如此實現主站（1）與從站的衛星雙向時間比對；主站（1）在同一時間只能與一個從站進行時間比對，完成一個時間比對周期后再，主站（1）再和下一個從站進行衛星雙向時間比對，并依次輪回比對；從站相對主站（1）的時差將根據比對期間測量時差、時速、時漂參數來進行預報；

主原子鐘（8）是各站的頻率基準，它提供準確穩定的10MHz參考頻率信號，一般選用性能較優銫鐘或氫鐘，主原子鐘（8）信號經過主時間頻率綜合器（9）產生各種1PPS、10MHz和10.23MHz信號，其中一路1PPS和10MHz信號輸出至主時間比對調制解調器（10），主時間比對調制解調器（10）將1PPS信號調制到中頻70MHz并輸出至主衛通收發機（11），主衛通收發機（11）對該信號進行變頻放大后經主衛通天線（12）發送到衛星轉發器；從衛通天線（18）接收到衛星轉發的主站（1）對時調制信號，輸出至從衛通收發機（17），收發機對下行信號進行放大變頻處理，由從時間比對調制解調器（16）對信號進行解調，恢復其中的1PPS信號，并測量本地1PPS與恢復1PPS之時間間隔；與此同時，從站也按照同樣的方式向主站（1）發送對時調制信號，主站（1）也以同樣的方式對從站信號進行接收解調，測量本地1PPS與恢復1PPS之時間間隔；設主站（1）的時間間隔測量值為???????????????????????????????????????????????，從站的測量值為，則從站相對于主站（1）的鐘差為：

?????????????????????????????（1）

公式（1）中，為系統的測量誤差，它主要受設備時延差異、地球自轉、電離層因素的影響；

由于比對噪聲的存在，時間比對過程需要持續一段時間，以便于對比對數據進行平滑和參數估計；當某從站和主站（1）完成一段比對后，時差數據采集預報模塊（19）立即對比對數據進行處理和預報，同時鏈路切換模塊（13）將主站（1）時間比對鏈路切換到下一個從站開始比對；

第三步??從站進行本地時差預報

在比對過程中從站的時差數據采集預報模塊（19）連續采集主從站時間比對數據，當比對完成后對比對數據進行整理，根據從原子鐘（14）的走時模型，從站相對與主站（1）的比對數據可以用二次曲線來表示，如式（2）所示：

???????????????????????（2）

公式（2）中，從站相對于主站（1）的鐘差；為時間序列；為對應時間；為比對樣本數；為比對誤差；為初始鐘差；為鐘速；為鐘漂；

將實際比對數據代入公式（2）利用最小二乘擬合法得到從站相對與主站（1）的鐘差、鐘速和鐘漂參數的估計值為：

?????????????????????????????????（3）

公式（3）中，，為估計參數向量，為初始鐘差估值，為鐘速估計值，為鐘漂估計值；，為轉移矩陣，、……為測量樣本對應時間；，為觀測矢量，、……為測量樣本；

因此，得到從站相對于主站（1）的鐘差預報方程為：

????????????????????????????（4）

當時，公式（4）中便為從站相對于主站（1）的預報鐘差，將從時間頻率綜合器（15）輸出的1PPS信號、10MHz或10.23MHz信號輸出給用戶，并由時差數據采集預報模塊（19）將鐘差預報值輸出給用戶；

至此，完成主站（1）和單個從站的時間同步，同理，各從站和主站（1）依次進行輪回比對與時差預報，最終實現各從站與主站（1）的時間同步。