[發(fā)明專利]一種基于北斗共視的新型精密授時(shí)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010163321.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111221007A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉陽(yáng)琦;李大志;岳冬梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 星漢時(shí)空科技（北京）有限公司
• 主分類號(hào): G01S19/25
• 分類號(hào): G01S19/25
• 代理公司: 北京世譽(yù)鑫誠(chéng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11368
• 代理人: 孫國(guó)棟

本發(fā)明公開(kāi)了時(shí)間頻率技術(shù)領(lǐng)域的包括北斗共視設(shè)備、數(shù)據(jù)交換平臺(tái)、數(shù)據(jù)通信鏈路以及北斗共視型授時(shí)接收機(jī)，利用北斗共視技術(shù)，實(shí)時(shí)觀測(cè)高穩(wěn)晶振輸出時(shí)間與區(qū)域內(nèi)可見(jiàn)北斗衛(wèi)星的時(shí)差，同時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間頻率中心也放置一臺(tái)同型號(hào)的北斗共視設(shè)備，也在實(shí)時(shí)觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間與區(qū)域內(nèi)可見(jiàn)衛(wèi)星的時(shí)差，通過(guò)北斗共視設(shè)備進(jìn)行每秒一個(gè)采樣數(shù)據(jù)的采樣，并將時(shí)差結(jié)果發(fā)送至數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，所述北斗共視型授時(shí)接收機(jī)實(shí)時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)通信鏈路，并從數(shù)據(jù)交換平臺(tái)獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間觀測(cè)數(shù)據(jù)，基于衛(wèi)星共視的高精度、實(shí)時(shí)授時(shí)信號(hào)馴服輸出技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)5～10ns的絕對(duì)授時(shí)精度的授時(shí)裝置，比傳統(tǒng)衛(wèi)星授時(shí)50ns的精度提高了數(shù)倍，是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上實(shí)時(shí)授時(shí)裝置所能達(dá)到最高精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及時(shí)間頻率技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于北斗共視的新型精密授時(shí)裝置。

背景技術(shù)

1)時(shí)鐘馴服技術(shù)

時(shí)鐘馴服技術(shù)，就是利用北斗衛(wèi)星授時(shí)模塊接收的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)馴服內(nèi)部高穩(wěn)晶振，使最終輸出的時(shí)間相位和頻率均與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步。通常，晶振的馴服主要有兩種方法：一種測(cè)量高穩(wěn)晶振分頻后的時(shí)間與北斗授時(shí)模塊輸出時(shí)間的偏差，根據(jù)時(shí)間偏差數(shù)據(jù)來(lái)修正高穩(wěn)晶振輸出的相位和頻率，從而構(gòu)成一個(gè)時(shí)間差校正高穩(wěn)晶振的輸出頻率、輸出頻率改變輸出的秒信號(hào)相位的負(fù)反饋控制環(huán)路。另一種方案：同樣測(cè)量?jī)烧邥r(shí)間差，然后直接對(duì)高穩(wěn)晶振輸出的秒信號(hào)進(jìn)行移相，強(qiáng)行和北斗授時(shí)模塊的秒信號(hào)相位對(duì)齊，相位持續(xù)對(duì)齊了，同時(shí)也就能夠使輸出頻率保持一致。典型的控制流程圖如圖4所示。

高穩(wěn)晶振輸出10MHz頻率信號(hào)，通過(guò)分頻產(chǎn)生1pps信號(hào)。北斗授時(shí)模塊通過(guò)接收衛(wèi)星信號(hào)獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，并還原出1pps，利用時(shí)差測(cè)量單元，測(cè)量出兩者的時(shí)間偏差。時(shí)差測(cè)量完成后，首先進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合處理，剔除粗大誤差。然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，濾波方法可以采用窗口滑動(dòng)平均，也可以采用卡爾曼濾波等方式。然后計(jì)算出高穩(wěn)晶振相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的相位偏差和頻率偏差。并依據(jù)該偏差，對(duì)高穩(wěn)晶振進(jìn)行控制。使得最終輸出的時(shí)間和頻率與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一致。

目前，傳統(tǒng)的衛(wèi)星授時(shí)裝置均采用時(shí)鐘馴服技術(shù)，該技術(shù)能夠有效消除衛(wèi)星單向授時(shí)接收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的較大抖動(dòng)，使最終設(shè)備輸出的時(shí)間信號(hào)同步精度在30～50ns，頻率信號(hào)準(zhǔn)確度約1e-12量級(jí)。受衛(wèi)星授時(shí)精度的制約，技術(shù)指標(biāo)無(wú)法進(jìn)一步提高，無(wú)法滿足對(duì)絕對(duì)時(shí)間同步精度要求較高應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

2)衛(wèi)星共視技術(shù)

北斗共視是衛(wèi)星共視技術(shù)的一種，是一種高精度時(shí)間比對(duì)技術(shù)，其基本原理是：北斗地面中心站在本地時(shí)間基準(zhǔn)的控制下定時(shí)向北斗衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后被用戶所接收，位于不同地點(diǎn)的A、B兩個(gè)觀測(cè)站，用北斗衛(wèi)星共視設(shè)備異地同時(shí)接收該衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的中心站發(fā)射的同一時(shí)間信號(hào)，測(cè)量本地時(shí)鐘信號(hào)與該衛(wèi)星時(shí)標(biāo)信號(hào)的偽距/時(shí)間差，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理、各項(xiàng)修正，然后將觀測(cè)結(jié)果通過(guò)通信鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、再處理，實(shí)現(xiàn)異地兩兩之間的高精度時(shí)間比對(duì)。其基本原理如圖5所示，由于北斗共視過(guò)程中，很多相同路徑和因素的誤差可以相互抵消，如星載原子鐘誤差、衛(wèi)星位置誤差、電離層和對(duì)流層延遲改正等，因此北斗共視可以實(shí)現(xiàn)較高的比對(duì)精度。單星共視可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于10ns的比對(duì)精度，多星共視可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于5ns的比對(duì)精度，短基線甚至可以達(dá)到3ns以內(nèi)的比對(duì)精度。因此北斗共視比對(duì)方法，是目前遠(yuǎn)程高精度時(shí)間比對(duì)最主要手段之一。

然而，北斗共視是一個(gè)高精度時(shí)間比對(duì)手段，比對(duì)精度可達(dá)到5～10ns，也就是說(shuō)可以測(cè)出異地兩個(gè)時(shí)鐘之間的偏差，但其自身無(wú)法因?yàn)闊o(wú)參考基準(zhǔn)，無(wú)法輸出精確的時(shí)間和頻率信號(hào)。因此，目前共視技術(shù)主要用于遠(yuǎn)距離時(shí)間同步比對(duì)，沒(méi)有直接用來(lái)作為授時(shí)。這樣就無(wú)法滿足絕大部分應(yīng)用場(chǎng)景中，需要直接獲取高精度絕對(duì)時(shí)間同步精度的時(shí)間和頻率信號(hào)。

基于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于北斗共視的新型精密授時(shí)裝置，以解決上述提到的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容