[发明专利]一种高精度远程时间同步方法无效
申请号: | 201310418274.8 | 申请日: | 2013-10-28 |
公开(公告)号: | CN103516457A | 公开(公告)日: | 2014-01-15 |
发明(设计)人: | 张升康;王宏博;杨军;冯克明 | 申请(专利权)人: | 中国航天科工集团第二研究院二〇三所 |
主分类号: | H04J3/06 | 分类号: | H04J3/06 |
代理公司: | 中国航天科工集团公司专利中心 11024 | 代理人: | 岳洁菱 |
地址: | 100854 北京市海*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 高精度 远程 时间 同步 方法 | ||
1.一种高精度远程时间同步方法,其特征在于该方法的具体步骤为:
第一步 搭建高精度时间同步系统
高精度时间同步系统,包括:一个主站(1)和多个从站;主站(1),包括:主原子钟(8)、主时间频率综合器(9)、主时间比对调制解调器(10)、主卫通收发机(11)、主卫通天线(12)和链路切换模块(13);从站,包括:从原子钟(14)、从时间频率综合器(15)、从时间比对调制解调器(16)、从卫通收发机(17)、从卫通天线(18)和时差数据采集预报模块(19);
主站(1)与从站之间通过地球同步卫星建立卫星双向时间比对链路;
在主站(1)中,主原子钟(8)10MHz信号输出端口与主时间频率综合器(9)的参考输入端相连,主时间频率综合器(9)的10MHz和1PPS信号输出端口与主时间比对调制解调器(10)的参考输入端相连,主时间比对调制解调器(10)的中频输出端与主卫通收发机(11)的中频输入端口相连,主时间比对调制解调器(10)的中频输入端与主卫通收发机(11)的中频输出端口相连,主卫星收发机的微波输入输出端与主天线馈源端相连,链路切换模块(13)与主时间比对调制解调器(10)控制端口相连;
在从站中,从原子钟(14)10MHz信号输出端口与从时间频率综合器(15)的参考输入端相连,从时间频率综合器(15)的10MHz和1PPS信号输出端口与从时间比对调制解调器(16)的参考输入端相连,从时间比对调制解调器(16)的中频输出端与从卫通收发机(17)的中频输入端口相连,从时间比对调制解调器(16)的中频输入端与从卫通收发机(17)的中频输出端口相连,从卫星收发机的微波输入输出端与从天线馈源端相连,时差数据采集预报模块(19)与从时间比对调制解调器(16)数据端口相连;
链路切换模块(13)的功能为:周期性地向主时间比对调制解调器(10)控制端写入链路切换控制命令,实现主站(1)与各从站间的链路切换;
时差数据采集预报模块(19)的功能为:采集从时间比对调制解调器(16)的测量数据,在链路工作期间将测量时差数据输出给用户,在链路中断期间将预报时差数据输出给用户;
第二步 主站(1)与从站进行时间比对
主站(1)是整个时间同步系统的基准站,各从站通过与主站(1)进行卫星双向时间比对测量本地秒脉冲与主站(1)秒脉冲相对时差、时速和时漂参数;在主站(1)与从站比对时,主站(1)通过主卫通天线(12)向卫星发射信号,通信卫星接收主站(1)信号并进行转发,从站利用从卫通天线(18)接收该转发信号,与此同时,从站也通过从卫通天线(18)向卫星发射信号,通信卫星接收从站信号并进行转发,主站(1)利用主卫通天线(12)接收该转发信号,如此实现主站(1)与从站的卫星双向时间比对;主站(1)在同一时间只能与一个从站进行时间比对,完成一个时间比对周期后再,主站(1)再和下一个从站进行卫星双向时间比对,并依次轮回比对;从站相对主站(1)的时差将根据比对期间测量时差、时速、时漂参数来进行预报;
主原子钟(8)是各站的频率基准,它提供准确稳定的10MHz参考频率信号,一般选用性能较优铯钟或氢钟,主原子钟(8)信号经过主时间频率综合器(9)产生各种1PPS、10MHz和10.23MHz信号,其中一路1PPS和10MHz信号输出至主时间比对调制解调器(10),主时间比对调制解调器(10)将1PPS信号调制到中频70MHz并输出至主卫通收发机(11),主卫通收发机(11)对该信号进行变频放大后经主卫通天线(12)发送到卫星转发器;从卫通天线(18)接收到卫星转发的主站(1)对时调制信号,输出至从卫通收发机(17),收发机对下行信号进行放大变频处理,由从时间比对调制解调器(16)对信号进行解调,恢复其中的1PPS信号,并测量本地1PPS与恢复1PPS之时间间隔;与此同时,从站也按照同样的方式向主站(1)发送对时调制信号,主站(1)也以同样的方式对从站信号进行接收解调,测量本地1PPS与恢复1PPS之时间间隔;设主站(1)的时间间隔测量值为 ,从站的测量值为,则从站相对于主站(1)的钟差为:
(1)
公式(1)中,为系统的测量误差,它主要受设备时延差异、地球自转、电离层因素的影响;
由于比对噪声的存在,时间比对过程需要持续一段时间,以便于对比对数据进行平滑和参数估计;当某从站和主站(1)完成一段比对后,时差数据采集预报模块(19)立即对比对数据进行处理和预报,同时链路切换模块(13)将主站(1)时间比对链路切换到下一个从站开始比对;
第三步 从站进行本地时差预报
在比对过程中从站的时差数据采集预报模块(19)连续采集主从站时间比对数据,当比对完成后对比对数据进行整理,根据从原子钟(14)的走时模型,从站相对与主站(1)的比对数据可以用二次曲线来表示,如式(2)所示:
(2)
公式(2)中,从站相对于主站(1)的钟差;为时间序列;为对应时间;为比对样本数;为比对误差;为初始钟差;为钟速;为钟漂;
将实际比对数据代入公式(2)利用最小二乘拟合法得到从站相对与主站(1)的钟差、钟速和钟漂参数的估计值为:
(3)
公式(3)中,,为估计参数向量,为初始钟差估值,为钟速估计值,为钟漂估计值;,为转移矩阵,、……为测量样本对应时间;,为观测矢量,、……为测量样本;
因此,得到从站相对于主站(1)的钟差预报方程为:
(4)
当时,公式(4)中便为从站相对于主站(1)的预报钟差,将从时间频率综合器(15)输出的1PPS信号、10MHz或10.23MHz信号输出给用户,并由时差数据采集预报模块(19)将钟差预报值输出给用户;
至此,完成主站(1)和单个从站的时间同步,同理,各从站和主站(1)依次进行轮回比对与时差预报,最终实现各从站与主站(1)的时间同步。
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