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GPS 时间同步的原理与技术 打鱼机 13725120553 GPS 时间同步的原理与技术 1、有关时间的一些基本概念： （1）、时间（周期）与频率： 互为倒数关系，两者密不可分，时间标准的基础是频率标准，所以有人把晶体振荡器叫 ‘时基振荡器’钟是由频标加上分频电路和钟面显示装置构成的 （2）、四种实用的时间频率标准源（简称钟）： ◆ 晶体钟 ◆ 铷原子钟 ◆ 氢原子钟 ◆ 铯原子钟 （3）、常用的时间坐标系： 时间的概念包含时刻（点）和时间间隔（段）时系（时间坐标系）是由时间起点和时 间尺度单位--秒定义（又分地球秒与原子秒）所构成常用的时间坐标系： ◆ 世界时（UT） ◆ 地方时 ◆ 原子时（AT） ◆ 协调世界时（UTC） ◆ GPS 时 （4）、定时、时间同步与守时： ◆ 定时：是指根据参考时间标准对本地钟进行校准的过程）；授时（指采用适当的手段发 播标准时间的过程）； ◆ 时间同步：是指在母钟与子钟之间时间一致的过程，又称时间统一或简称时统）； ◆ 守时：是指将本地钟已校准的标准时间保持下去的过程，国内外守时中心一般都采用由 多台铯原子钟和氢原子钟组成的守时钟组来进行守时， 守时钟组钟长期运行性能表现最好的 一台被定主钟（MC）。

2、GPS 时间是怎样建立的？ 为了得到精密的 GPS 时间，使它的准确度达到100ns（相对于 UTC（USNO/MC））： ◆ 每个 GPS 卫星上都装有铯子钟作星载钟； ◆ GPS 全部卫星与地面测控站构成一个闭环的自动修正系统； ◆ 采用 UTC（USNO/MC）为参考基准 3、GPS 定位、定时和校频的原理 （1）、GPS 定位原理：是基于精确测定 GPS 信号的传输时延（Δt），以得到 GPS 卫星到用户间的距离（R） R=C×Δt ----------------------- [1]（式中 C 为光速）同时捕获 4 颗 GPS 卫星，解算 4 个联立方程，可给出用户实时时刻（t）和对应的位置参数（x、y、z） 共 4 个参数R={（Xs- Xu）2+（Ys-Yu）2+（Zs-Zu）}1/2 ---- [2]（式中 Xs、Ys、Zs 为卫 星的位置参数；Xu、Yu、Zu 为用户的的位置参数） （2）、GPS 定时原理： 基于在用户端精确测定和扣除 GPS 时间信号的传输时延（Δt），以达到对本地钟的定 时与校准GPS 定时准确度取决于信号发射端、信号在传输过程中和接收端所引入的误差， 主要误差有： ◆ 信号发射端：卫星钟误差、卫星星历（位置）误差； ◆ 信号传输过程：电离层误差、对流层误差、地面反射多路径误差； ◆ 接收端：接收机时延误差、接收机坐标误差、接收机噪声误差。

（3）、GPS 校频原理： 根据频率和周期互为倒数的关系，可采用比时法（测时间间隔）的方法（以 GPS 的秒 信号为参考） 来测量本地钟的频率准确度 （Δf/f） ， 以达到校频的目的 Δf/f= （Δt2-Δt1)/(t2-t1) ------------ [3]（式中 Δt2、Δt1 分别为 t2、t1 时刻测得的本地钟与 GPS 时的时差值） 4、进一步提高定时准确度的几种途径： ◆ 采用 GPS 双频、相位测量技术； ◆ 选用更高精度的 GPS 时间传递接收机； ◆ 采用 GPS 共视法比对技术与卫星转发双向法技术 三、GPS 在时频领域的应用 1、国际时间标准的协调与建立： 从二十世纪八十年代末， 国际计量局 （BIPM） 的时间部， 就开始正式采用标准化的 GPS 共视比对方法， 把全世界几十个守时中心的主钟沟通起来， 并建立了准确度最高的国际原子 时（TAI）和国际协调世界时（UTC/BIPM）我国有三个实验室参加了国际时间标准的协 调，它们是： ◆ 中国科学院陕西天文台（CSAO）； ◆ 国家计量研究院（NIM）； ◆ 航天无线电计量测试研究所（BIRM） 2、新型时频计量传递系统的建立 （1）、传统时频计量传递的特点： ◆ 一般是按国家级计量单位、一级计量站、二级计量站和使用单位四级逐级传递； ◆ 受检时频标准源或仪器设备必须往返搬运，检定校准后的状态在搬运中难免受到破坏； ◆ 传统的时频计量一般只能按检定周期（一般为一年）进行，难以进行经常性和实时的计 量测试。

（2）、通过采用 GPS 共视法时间比对和互联网技术，可以建立不需搬运的、实时的、完 全新型的时频遥远校准系统。