熊 力 中國民用航空飛行學(xué)院 四川廣漢 618300

民航衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的同步技術(shù)

熊 力 中國民用航空飛行學(xué)院 四川廣漢 618300

時(shí)間同步是民航衛(wèi)星導(dǎo)航定位的主要環(huán)節(jié)，民航衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的時(shí)間同步主要包含了衛(wèi)星與地面的同步、地面站之間的同步，進(jìn)行同步的方式主要有雙向時(shí)間頻率傳遞方式，使用在衛(wèi)星與地面的同步中；TWSTFT技術(shù)，使用在地面站之間的同步；衛(wèi)星共視法、搬運(yùn)鐘法等多種方式。本文介紹了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同步技術(shù)的原理與多種實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星當(dāng)行同步的技術(shù)，并對(duì)每種技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，重點(diǎn)講述了衛(wèi)星共視法與TWSTFT以及搬運(yùn)鐘法的實(shí)現(xiàn)原理，與精度分析。

民航；衛(wèi)星導(dǎo)航；同步技術(shù)

0　前言

衛(wèi)星導(dǎo)航是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中重要的需求元素，在民航組織對(duì)全新航行系統(tǒng)概念的推行中，民航開始加強(qiáng)了對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的的使用，但是在現(xiàn)階段的發(fā)展下，為民航提供有效導(dǎo)航服務(wù)的知識(shí)GPS系統(tǒng)。衛(wèi)星導(dǎo)航定位的使用中不需要涉及到時(shí)間的同步問題，但是在導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行以及維護(hù)中，時(shí)間的同步是衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的主要技術(shù)，將直接影響到系統(tǒng)的導(dǎo)航與定位以及授時(shí)精度，是在進(jìn)行為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題。

1　衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)同步技術(shù)的原理

1.1時(shí)間同步技術(shù)的發(fā)展

衛(wèi)星定位主要包括測角定位和距定位兩種，按照衛(wèi)星數(shù)量與定位的原理的不同，測距定位包括了單星定位、雙星定位、多星定位三種。根據(jù)測距定位的角度，全部的衛(wèi)星觀測量都需要集中至一個(gè)固定的時(shí)間點(diǎn)上，而這個(gè)固定的時(shí)間點(diǎn)被稱為系統(tǒng)時(shí)。衛(wèi)星定位系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)以時(shí)間同步的時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)，正常情況下這個(gè)系統(tǒng)時(shí)是建立在地面上的主控站中組。

1.2時(shí)間同步技術(shù)的作用

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)需要機(jī)器精準(zhǔn)的時(shí)間同步，對(duì)于時(shí)間上出現(xiàn)的誤差限制在幾納秒之內(nèi)，對(duì)于此類如此精確的要求，即便現(xiàn)在工作效率最高的銫鐘，在長期的工作也會(huì)存在時(shí)間上的誤差，其誤差已經(jīng)超過了衛(wèi)星定位系統(tǒng)所限制的誤差范圍，不能夠完全符合衛(wèi)星定位對(duì)時(shí)間誤差的要求。面對(duì)此種情況需要使用時(shí)間同步技術(shù)獲取地面上的衛(wèi)星鐘差參數(shù)，再將所取得的鐘差參數(shù)通過導(dǎo)航電文播發(fā)給正在使用此系統(tǒng)的用戶，使用戶通過鐘差調(diào)整的參數(shù)與模型，對(duì)鐘差進(jìn)行重新核算與修正。衛(wèi)星鐘能夠直接顯示衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)的時(shí)標(biāo)，而衛(wèi)星導(dǎo)航修通中所運(yùn)用的衛(wèi)星鐘，走時(shí)不能夠確保穩(wěn)定性，因此會(huì)出現(xiàn)衛(wèi)星鐘漂移的情況。為確保衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生主動(dòng)的物理時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)，需要減少對(duì)影響該標(biāo)準(zhǔn)的物理因素進(jìn)行調(diào)節(jié)，這時(shí)便需要使用衛(wèi)星導(dǎo)航定位的時(shí)間同步技術(shù)，從而減少不同因素對(duì)衛(wèi)星鐘漂移的影響。

2　TWSTFT

雙向時(shí)間傳遞法時(shí)間同步技術(shù)的具體所指是，同步的兩個(gè)導(dǎo)航設(shè)備分別測量對(duì)方測距信號(hào)到達(dá)本地的時(shí)間與本地整秒時(shí)間的時(shí)間差，再通過兩個(gè)時(shí)間差的相減，計(jì)算出兩個(gè)導(dǎo)航設(shè)備的鐘差，按照計(jì)算出的鐘差對(duì)其中一個(gè)設(shè)備進(jìn)行本地鐘的叼著那個(gè)，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)設(shè)備的時(shí)間同步。TWSTFT的時(shí)間同步精度取決于兩站設(shè)備的測量誤差，因?yàn)樵O(shè)備的時(shí)延可以進(jìn)行精確測定或者進(jìn)行調(diào)整，正常的調(diào)整范圍小于1ns，偽距測量誤差的結(jié)果受限與測量設(shè)備的接收信號(hào)噪比與動(dòng)態(tài)性能，所以相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的地面站，體積將不受到限制。此外，因?yàn)橐箅p向傳播路徑的延遲幾乎一致，所以需要經(jīng)由地面站之間同步衛(wèi)星進(jìn)行雙向時(shí)間頻率的傳遞，確保因衛(wèi)星的移動(dòng)所形成的路徑延遲差最小。

3　衛(wèi)星共視

衛(wèi)星共視法所指的是兩個(gè)地面站一起觀測一個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，并進(jìn)行分別測量衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)地面站時(shí)刻與地面站整秒時(shí)刻的時(shí)間差，將觀測所得的時(shí)間差進(jìn)行相減，將所得數(shù)值作為兩個(gè)地面站的鐘差，按照鐘差對(duì)其中一個(gè)地面站進(jìn)行本地鐘的調(diào)節(jié)，完成兩個(gè)地面站的時(shí)間同步。衛(wèi)星公式方式的同步精度取決于△1、△2、 tAA、 tBB的測量誤差，因其測量的誤差受限與測量設(shè)備的接受信噪比與動(dòng)態(tài)性能，所以處于行對(duì)靜態(tài)的地面站動(dòng)態(tài)性比較小，體積不受到限制。

4　鐘差外推與預(yù)報(bào)

衛(wèi)星導(dǎo)航定位的系統(tǒng)建設(shè)中，各個(gè)地面站之間的觀測數(shù)據(jù)與衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)是經(jīng)由中心站進(jìn)行集中處理的，地面站與主控站間可以使用不同的通信手段進(jìn)行聯(lián)系，所以地面站與地面站之間不需要進(jìn)行外推計(jì)算。衛(wèi)星是繞著地球在不斷進(jìn)行著運(yùn)行活動(dòng)，受到地面監(jiān)測站所定范圍的限制，衛(wèi)星鐘的誤差的測量是不能夠進(jìn)行連續(xù)測量的，在不可控制的范圍內(nèi)，衛(wèi)星鐘與導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間的同步需要通過衛(wèi)星鐘自己進(jìn)行維持。例如衛(wèi)星鐘的秒穩(wěn)是10-1.1小時(shí)的鐘漂達(dá)到36ns，極大的超出了導(dǎo)航定位對(duì)事件同步的精度要求。所以衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)通常要對(duì)衛(wèi)星鐘差使用外推計(jì)算，通過計(jì)算得出的衛(wèi)星鐘與地面鐘的參數(shù)以鐘差預(yù)報(bào)的形式為使用系統(tǒng)的用戶轉(zhuǎn)達(dá)。衛(wèi)星鐘差預(yù)報(bào)精度取決于衛(wèi)星鐘差的觀測精度，鐘差的觀測時(shí)間長則預(yù)報(bào)的效果就會(huì)好。在同一個(gè)觀測的條件下，鐘差的預(yù)報(bào)精度取決與衛(wèi)星鐘的運(yùn)行特點(diǎn)。

5　結(jié)論

伴隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位在不同行業(yè)中的使用，時(shí)間同步技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展，尤其是在民航衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的運(yùn)用。就衛(wèi)星導(dǎo)航定位自身而言是不需要涉及到時(shí)間同步技術(shù)的，但是衛(wèi)星導(dǎo)航定位進(jìn)行維護(hù)的過程中，時(shí)間同步技術(shù)則稱為關(guān)鍵的技術(shù)，需要作為主要的考慮因素。在導(dǎo)航定位系統(tǒng)不斷的發(fā)展的環(huán)境下，大力的發(fā)展時(shí)間同步技術(shù)也是必要的工作，提升控制時(shí)間的精準(zhǔn)度與精密性，是現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)行業(yè)中未來發(fā)展的主要方向。全文介紹了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的精度要求，同時(shí)介紹了時(shí)間同步技術(shù)對(duì)于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要作用。

［1］尹大偉，陳忠貴，朱俊，等.基于地面測量的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間同步技術(shù)研究［J］.飛行器測控學(xué)報(bào)，2010，02（01）：73-78.

［2］吳海玲，李作虎，劉暉，等.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)工作的現(xiàn)狀分析與對(duì)策研究［J］.地理信息世界，2014，03（06）：35-42.

［3］嚴(yán)建華.應(yīng)用北斗衛(wèi)星共視技術(shù)實(shí)現(xiàn)長波導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)頻同步方法研究［J］.現(xiàn)代導(dǎo)航，2013，06（02）：112-115.