藺玉亭，謝彥民，張健鋌

（1．北京衛(wèi)星導(dǎo)航中心，北京 100094）

1 Galileo系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

Galileo系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段3部分組成。

空間段由分布在3個軌道面上的30顆中等高度軌道衛(wèi)星構(gòu)成，每個軌道面10顆衛(wèi)星，其中1顆備用。每顆衛(wèi)星上裝載的原子鐘為氫鐘和銣鐘各2臺，1臺啟用1臺備用，可自動切換。用戶部分主要是各類用戶接收機及其擴展應(yīng)用的集成產(chǎn)品，包括單模接收機、多模兼容GNSS接收機和各類增強型接收機等。

地面段由Galileo控制中心（GCC）、Galileo監(jiān)測站（GSS）、上行站（TT&C， ULS）和地面網(wǎng)組成。GCC是系統(tǒng)的核心設(shè)施，互為備份的2個GCC負責(zé)衛(wèi)星控制、時間同步以及定軌、完好性等數(shù)據(jù)處理工作[1-3]。

伽利略系統(tǒng)時間（GST）的保持和溯源工作主要由PTF完成。作為系統(tǒng)守時工作的核心，PTF不但承擔(dān)著GST紙面時間的處理任務(wù)，同時也要完成GST(MC)信號的駕馭和生成，為系統(tǒng)內(nèi)的各個功能單元提供精確同步時頻信號。

2 GST的保持系統(tǒng)設(shè)計與分析

GST是伽利略系統(tǒng)的基準(zhǔn)時間，是一個連續(xù)的原子時，初始歷元為1999-08-22 00：00：00，與國際原子時（TAI）有一個標(biāo)稱常數(shù)偏差（即整數(shù)秒），不閏秒。GST的保持主要依靠PTF實現(xiàn)，如圖1所示。

PTF的主要功能有[4,5]：①維持在溫度、濕度和磁場等環(huán)境良好條件下的穩(wěn)定原子鐘組；②測量內(nèi)部鐘組的時差，用于計算GST；③進行GST計算；④根據(jù)TSP提供的數(shù)據(jù)，駕馭GST向TAI靠攏；⑤Galileo和其他系統(tǒng)、實驗室、備份PTF之間的外部時間比對，處理得到GGTO和PPTO；⑥GST(MC)信號的頻率駕馭與生成；⑦時鐘監(jiān)測和監(jiān)視。

GST的短期和中期穩(wěn)定度依靠系統(tǒng)氫鐘和銫鐘保持。氫鐘具有較高的短期頻率穩(wěn)定度，因此GST的短期頻率穩(wěn)定度基本與系統(tǒng)所采用的氫鐘相當(dāng)，秒頻率穩(wěn)定度在10-12～10-13量級。而對于GST的長期頻率穩(wěn)定度尤其是d以上的穩(wěn)定度則主要取決于綜合原子時的計算方法，因為GST是依靠鐘組的自身性能和綜合原子時計算方法的策略設(shè)計實現(xiàn)加權(quán)平均。具體來講，綜合原子時的性能與2類因素密切相關(guān)：①加權(quán)算法：權(quán)重如何確定，是否采用限權(quán)，氫鐘和銫鐘的取權(quán)如何統(tǒng)籌；②頻率預(yù)報算法：如何實現(xiàn)成員鐘的準(zhǔn)確頻率預(yù)報和頻率異常探測，并及時給出降權(quán)處理。

從圖1中還可看出，系統(tǒng)時間的長期穩(wěn)定度、頻率準(zhǔn)確度和時刻偏差的保持與時間溯源能力相關(guān)。數(shù)據(jù)處理中心的計算紙面時還要進行不斷的頻率駕馭，保持紙面時的長期性能，而駕馭的依據(jù)則是GST的溯源時差結(jié)果。

3 GST向UTC的溯源

時間溯源，即某一時間尺度以特定標(biāo)準(zhǔn)時間作為源頭，通過時間比對、頻率駕馭等手段向其保持一致性的行為。協(xié)調(diào)UTC為目前的國際通用時間尺度，GST向UTC的溯源一方面可提高GST的頻率準(zhǔn)確度、頻率穩(wěn)定度等性能，同時也是GNSS系統(tǒng)兼容互操作的客觀需求。GST的溯源設(shè)計指標(biāo)如表1所示。

表1 GST時間溯源指標(biāo)要求表

PTF通過與獨立于系統(tǒng)外的時間服務(wù)供應(yīng)商（TSP）合作，實現(xiàn)GST與UTC（k）、GPST等其他時間系統(tǒng)的監(jiān)測與比對以及GST(MC)溯源[6]。TSP與GST之間的關(guān)系如圖2所示。

TSP的主要功能如下：①獲取衛(wèi)星雙向比對、衛(wèi)星共視比對數(shù)據(jù)，得到GST與UTC、UTC（k）之間的時差；②對TAI進行預(yù)測，給出GST相對于TAI的長期趨勢，并對GST相對于TAI的校正量進行計算；③計算GST與GPST之間的時差；④與國際計量局（BIPM）相連接。

TSP將獲得來自各個守時實驗室（PTB、INRiM、NPL和LNE-SYRTE）的時間比對數(shù)據(jù)，以及來自PTF的時間比對數(shù)據(jù)，BIPM定期計算的UTCUTC(k)時差也將以公報的形式向外發(fā)布，TSP可從網(wǎng)絡(luò)下載。綜合以上各類數(shù)據(jù)，TSP計算生成自由時間尺度CTSP，并給出GST向UTC的頻率駕馭量值，該量值將傳送到PTF進行相應(yīng)的駕馭操作。

4 GST的發(fā)播監(jiān)測

在PTB、INRiM等實驗室內(nèi)都配備有Galileo定時接收機，TSP每日獲取上述實驗室的觀測時差：UTC(k)-GST(User)[7]。以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，每日計算一次GST-GST(User)時差結(jié)果，這一端對端的測試可為Galileo系統(tǒng)時間發(fā)播的質(zhì)量提供獨立的監(jiān)測手段。TSP或UTC(k)實驗室會每月向BIPM提供一次UTC(k)-GST(User)觀測結(jié)果，在將來UTC-GST(User)可通過BIPM的時間公報Circular T向外發(fā)布。

[1]程鵬飛，景賓，趙靜. 伽利略系統(tǒng)及其地面段的設(shè)計[J].海洋測繪，2003，23(4)：49-53

[2]岳冬梅，羅巧梅，李強.伽利略時間系統(tǒng)介紹與分析[C]. 第二屆中國衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會，上海，2011

[3]程鵬飛.伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)最新進展[C]. 地理空間信息技術(shù)與應(yīng)用論文集，成都， 2002

[4]Hahn J H， Achkar J，Tuckey P. Galileo’s Timekeeping Infrastructure: Where Do We Go With The External Time Service Provider[J]. IEEE，2007：452-457

[5]Hlavá? R，L?sch M，Luongo F, et al. Timing Infrastructure for Galileo System[C]. Braunschweig: 20th EFTF， 2006

[6]Baines D， Davis J A，Parkin G，et al. Development of Algorithms for Use in The Galileo Time Service Provider[R].

[7]Busso A，Detoma E. Time Transfer with The Galileo Precise Timing Facility[C]. 39th Annual Precise Time and Time Interval(PTTI) Meeting，2007