江志恒，武文俊

軟件接收機(jī)UTC衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞

江志恒1，武文俊2,3,4

（1. 國(guó)際權(quán)度局，巴黎 F92312；2. 中國(guó)科學(xué)院 國(guó)家授時(shí)中心，西安 710600；3. 中國(guó)科學(xué)院 時(shí)間頻率基準(zhǔn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710600；4. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 天文與空間科學(xué)學(xué)院，北京 101048）

衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞（TWSTFT）是協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）產(chǎn)生過(guò)程中的重要時(shí)間比對(duì)技術(shù)手段，其精度可達(dá)0.5 ns。目前，全球大約有20多個(gè)時(shí)間保持水平最高的守時(shí)實(shí)驗(yàn)室利用衛(wèi)星時(shí)間和測(cè)距設(shè)備（SATRE）進(jìn)行連續(xù)的實(shí)驗(yàn)室間遠(yuǎn)距離衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)工作。然而SATRE TWSTFT的性能主要受到了周日效應(yīng)的影響，其在某些鏈路上變化幅度甚至可達(dá)2 ns。2016年2月，國(guó)際權(quán)度局（BIPM）和國(guó)際時(shí)頻咨詢委員會(huì)（CCTF）衛(wèi)星雙向工作組（WGTWSTFT）共同發(fā)起了基于軟件接收機(jī)（SDR）的國(guó)際衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)試驗(yàn)研究，并取得了較為滿意的結(jié)果。對(duì)該研究小組的工作進(jìn)行了簡(jiǎn)單的回顧，主要以SATRE TWSTFT和GPS PPP或IPPP技術(shù)為參考對(duì)SDR TWSTFT進(jìn)行了分析評(píng)估，結(jié)果表明：SDR TWSTFT在洲際內(nèi)的多數(shù)鏈路上對(duì)SATRE TWSTFT的周日效應(yīng)的平均增益因子為2~3，而在洲際間的長(zhǎng)基線鏈路上改善了30%~40%。從2017年10月開(kāi)始，SDR衛(wèi)星雙向成為了UTC時(shí)間比對(duì)鏈路的備份鏈路，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年將成為UTC時(shí)間比對(duì)的正式鏈路。

協(xié)調(diào)世界時(shí)；軟件接收機(jī)；衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞；周日效應(yīng)；不確定度

0 引言

從1999年開(kāi)始，守時(shí)實(shí)驗(yàn)室所提供的衛(wèi)星雙向時(shí)間頻率傳遞（TWSTFT）數(shù)據(jù)開(kāi)始正式應(yīng)用于協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）的計(jì)算[1]。TWSTFT現(xiàn)已經(jīng)是UTC實(shí)現(xiàn)中的首要時(shí)間比對(duì)技術(shù)，其精度可達(dá)0.5 ns[2]。在時(shí)間信號(hào)調(diào)制解調(diào)時(shí)，UTC衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)鏈路主要采用衛(wèi)星時(shí)間和距離測(cè)量設(shè)備（SATRE）。但自從衛(wèi)星雙向連續(xù)整天比對(duì)后，我們便在SATRE TWSTFT中發(fā)現(xiàn)了明顯的周日效應(yīng)現(xiàn)象。在某些極端的條件下，該效應(yīng)的變化幅度甚至可以達(dá)到2 ns[3-4]。周日效應(yīng)是目前TWSTFT的主要統(tǒng)計(jì)不確定誤差源。

2016年2月，國(guó)際權(quán)度局（BIPM）和國(guó)際時(shí)頻咨詢委員會(huì)（CCTF）衛(wèi)星雙向工作組（WGTWSTFT）共同發(fā)起了基于軟件接收機(jī)（SDR）的國(guó)際衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)試驗(yàn)研究，全球范圍內(nèi)一共有16個(gè)守時(shí)實(shí)驗(yàn)室參與，其中亞洲、歐洲和北美洲分別為5個(gè)、10個(gè)和1個(gè)[5-6]。亞洲洲際內(nèi)衛(wèi)星雙向鏈路先后使用了歐洲電信衛(wèi)星組織的E172A和E172B衛(wèi)星，亞歐鏈路通過(guò)俄羅斯的AM22衛(wèi)星進(jìn)行了試驗(yàn)，衛(wèi)星帶寬為2.5 MHz[7]。歐洲洲際內(nèi)和歐美鏈路使用了加拿大衛(wèi)星通信公司的T-11N衛(wèi)星，衛(wèi)星帶寬分別為1.7 MHz和1.6 MHz[8]。由于AM22停止工作，2018年3月亞歐時(shí)頻實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)通過(guò)俄羅斯的ABS-2A衛(wèi)星，重新建立了新的亞歐衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)鏈路。現(xiàn)全球UTC軟件接收機(jī)衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)鏈路如圖1所示。

圖1 UTC軟件接收機(jī)國(guó)際衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)鏈路

在實(shí)際工作中，SDR TWSTFT與SATRE TWSTFT共用SATRE發(fā)射通道，接收通道與SATRE分別進(jìn)行配置。亞洲和歐洲洲際內(nèi)以及歐亞和歐美洲際間的衛(wèi)星雙向鏈路初步的試驗(yàn)表明：SDR衛(wèi)星雙向具有更好或至少與SATRE雙向相同的性能。利用SDR時(shí)，盡管其鏈路仍然有殘余的周日效應(yīng)，但在長(zhǎng)基線的歐美鏈路上周日效應(yīng)比原先的衛(wèi)星雙向減小了30%~40%，而歐洲洲際內(nèi)的衛(wèi)星雙向周日效應(yīng)對(duì)SATRE TWSTFT的平均增益因子為2~3?；谌蛐栽囼?yàn)所取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，2017年WGTWSTFT向CCTF提交了《UTC產(chǎn)生中衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)不確定度改進(jìn)》的建議書(shū)，并于第二十一屆CCTF大會(huì)通過(guò)了該建議書(shū)。SDR衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)將在近幾年內(nèi)正式用于UTC的計(jì)算。

1 UTC軟件接收機(jī)衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)

BIPM使用衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)進(jìn)行UTC計(jì)算已經(jīng)有19年的歷史了。由于其穩(wěn)定的時(shí)間比對(duì)性能，它在UTC歸算中一直占有重要的地位。近年來(lái)，衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)技術(shù)不斷向前發(fā)展，在SATRE衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)的基礎(chǔ)上，開(kāi)始出現(xiàn)了SDR衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)。它的原理、標(biāo)定方式以及數(shù)據(jù)交換情況描述如下。

1.1 原理

由于衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)雙方站的信號(hào)相互對(duì)稱，TWSTFT中的大部分誤差項(xiàng)被抵消，故該技術(shù)可以得到很高的時(shí)間比對(duì)精度。在每一個(gè)衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)站，發(fā)射信號(hào)都由SATRE的硬件發(fā)射通道產(chǎn)生，天線系統(tǒng)接收到的信號(hào)由下變器處理后分兩路輸入SATRE硬件接收通道和SDR軟件接收機(jī)通道，然后SATRE和SDR分別可以對(duì)所收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到對(duì)方發(fā)射站到本地接收站的信號(hào)傳輸時(shí)間[9-11]，如圖2所示。

圖2 衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)原理

衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)的鐘差如下：

1.2 標(biāo)定及不確定度

時(shí)間比對(duì)設(shè)備時(shí)延測(cè)定是時(shí)間比對(duì)鏈路加入U(xiǎn)TC計(jì)算的基本條件。根據(jù)衛(wèi)星雙向時(shí)間傳遞校準(zhǔn)指南，SDR TWSTFT標(biāo)定可以分為兩類：

① UTC鏈路

a）如果已有的SATRE衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)鏈路已經(jīng)被標(biāo)定，那么可以利用該鏈路對(duì)SDR衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)鏈路進(jìn)行標(biāo)定。在這種情況下，其校準(zhǔn)識(shí)別號(hào)與SATRE鏈路保持一致。

b）如果SATRE衛(wèi)星雙向鏈路沒(méi)被校準(zhǔn)，那么SATRE和SDR鏈路都需要使用衛(wèi)星移動(dòng)雙向標(biāo)校站或GPS移動(dòng)校準(zhǔn)站對(duì)其共同進(jìn)行標(biāo)定。

② 利用三角閉環(huán)方法對(duì)非UTC鏈路進(jìn)行標(biāo)校

國(guó)際權(quán)度局一般使用約定A類和B類不確定度來(lái)表征UTC時(shí)間比對(duì)鏈路的性能。所謂約定不確定度是一種保守不確定度，一般要比實(shí)際計(jì)算估計(jì)的不確定度大，以確保適用于所有同類UTC時(shí)間比對(duì)鏈路。SATRE衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)鏈路的A和B類不確定度分別是0.5 ns和1.0 ns（衛(wèi)星雙向移動(dòng)站標(biāo)定）或1.5 ns（GPS 移動(dòng)站標(biāo)定）?；谏鲜鲅芯?，BIPM給出了SDR衛(wèi)星雙向的A和B類不確定度分別是0.2 ns和1.0 ns（衛(wèi)星雙向移動(dòng)站標(biāo)定）或1.5 ns（GPS 移動(dòng)站標(biāo)定）。SDR TWSTFT三角閉環(huán)B類不確定度與SATER TWSTFT一致，都為2.0 ns。

1.3 數(shù)據(jù)格式的處理

軟件接收機(jī)衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)的采樣率為每秒一個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)。為方便數(shù)據(jù)傳輸以及節(jié)約服務(wù)器存儲(chǔ)空間，WGTWSTFT規(guī)定SDR衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)的數(shù)據(jù)交換格式與國(guó)際電聯(lián)ITU-R TF.1153.4建議書(shū)相似[12]。在數(shù)據(jù)交換時(shí)，每300 s的測(cè)量時(shí)段進(jìn)行一次二次曲線擬合，取該時(shí)間段的中點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)計(jì)算。2017年下半年，BIPM已經(jīng)在UTC的計(jì)算軟件Tsoft中開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的基于SDR的衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算程序，現(xiàn)Tsoft完全可以同時(shí)處理基于SATRE和SDR不同方式的衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)。

2 數(shù)據(jù)分析

UTC每月進(jìn)行計(jì)算并以時(shí)間公報(bào)的形式對(duì)全世界進(jìn)行發(fā)布。因此，以月為單位對(duì)SDR TWSTFT數(shù)據(jù)分析是合理的。以下使用SATRE衛(wèi)星雙向、GPS精密單點(diǎn)定位（GPS PPP）和GPS載波相位整周模糊度精密單點(diǎn)定位（GPS IPPP）多種不同的時(shí)間比對(duì)方式與SDR衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)進(jìn)行對(duì)比分析[13]。

2.1 SATRE與SDR衛(wèi)星雙向之間的比較分析

法國(guó)巴黎天文臺(tái)（OP）和德國(guó)物理技術(shù)研究院（PTB）之間的衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)是一條歐洲內(nèi)部的主要UTC時(shí)間比對(duì)鏈路，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室具有豐富的衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)經(jīng)驗(yàn)，鏈路維護(hù)良好且運(yùn)行可靠。但OP-PTB的SATRE衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)噪聲較大，且存在著幅度為2 ns左右的周日效應(yīng)，如圖3所示。圖3中選取了OP-PTB鏈路MJD 57 630~57 730之間100 d的數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，從圖3可以看出OP-PTB鏈路上的SDR衛(wèi)星雙向大大改善了SATRE衛(wèi)星雙向中的短期穩(wěn)定度及周日效應(yīng)。表1給出了OP-PTB鏈路上SDR和SATRE兩種不同衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)鏈路上的時(shí)間偏差（TDEV）及二者的比較情況。從表1可以看出，平均時(shí)間為2 h時(shí)SDR和SATRE衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)的TDEV分別為94 ps和307 ps，這證明該鏈路在2 h平均時(shí)間時(shí)的短期穩(wěn)定度增益因子為3.3，表1中最小和最大增益因子分別是32 h時(shí)和8 h時(shí)的2.1和5.2，平均改善增益因子為3.7。

通過(guò)俄羅斯ABS-2A衛(wèi)星進(jìn)行的德國(guó)物理技術(shù)研究院和中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心（NTSC）之間的衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)鏈路是一條歐亞間長(zhǎng)基線時(shí)間比對(duì)鏈路，該鏈路10 d的SATRE和SDR衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)結(jié)果如圖4所示，此處鏈路未標(biāo)定，僅體現(xiàn)鏈路穩(wěn)定度性能。從圖4可以看出該鏈路的SDR衛(wèi)星雙向與SATRE衛(wèi)星雙向相比，它的短中期穩(wěn)定度也有了很大的提升。該鏈路不同平均時(shí)間時(shí)的增益因子與PTB-OP鏈路的結(jié)果相類似。

圖3 利用T-11N進(jìn)行的OP-PTB衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)及其TDEV情況

表1 OP-PTB鏈路不同平均時(shí)間上的SATRE和SDR衛(wèi)星雙向時(shí)間偏差統(tǒng)計(jì)情況

圖4 PTB-NTSC衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)結(jié)果

2.2 衛(wèi)星雙向與GPS PPP與IPPP之間的比較分析

GPS PPP或IPPP是與TWSTFT完全獨(dú)立的時(shí)間比對(duì)技術(shù)，它基本不受周日效應(yīng)的影響且其統(tǒng)計(jì)不確定度優(yōu)于0.3 ns。因此，GPS PPP或IPPP是SDR和SATRE衛(wèi)星雙向很好的驗(yàn)證手段。將SDR和SATRE衛(wèi)星雙向分別與GPS PPP或IPPP時(shí)間比對(duì)之一作差（DCD），兩個(gè)差中時(shí)間偏差較小的一個(gè)認(rèn)為是更加穩(wěn)定的。選取中華電信實(shí)驗(yàn)室（TL）和日本國(guó)家信息與通信技術(shù)研究所（NICT）亞洲洲際內(nèi)的鏈路為研究對(duì)象，表2給出2016年2月TL-NICT鏈路DCD的時(shí)間偏差及其比較分析情況。從表2可以看出，DCD（SDR TWSTFT-GPS PPP）對(duì)DCD（SATRE TWSTFT-GPS PPP）的增益因子均值為2.3。

表2 TL-NICT鏈路SDR和SATRE與GPS PPP之間DCD的時(shí)間偏差統(tǒng)計(jì)情況

選取2017年12月OP-PTB和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）和PTB兩條鏈路上的衛(wèi)星雙向與GPS IPPP時(shí)間比對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。圖5是OP-PTB之間SATRE、SDR衛(wèi)星雙向和GPS IPPP時(shí)間比對(duì)及其DCD的結(jié)果。DCD（GPS IPPP-SATRE TWSTFT）和DCD（GPS IPPP-SDR TWSTFT）的標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.521 ns和0.230 ns，其增益因子為2.3，這與TL-NICT鏈路的情況相同。

圖5 OP-PTB鏈路SATRE、SDR衛(wèi)星雙向和GPS IPPP時(shí)間比對(duì)及其DCD

在跨大西洋的NIST-PTB鏈路上，DCD（GPS IPPP-SATRE TWSTFT）和DCD（GPS IPPP-SDR TWSTFT）的標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.355 ns和0.267 ns，其增益因子為1.3。以GPS IPPP為參考，SDR TWSTFT的性能獲得了30%的提升。圖6是NIST-PTB鏈路的GPS IPPP時(shí)間比對(duì)以及DCD（GPS IPPP-SATRE TWSTFT）和DCD（GPS IPPP-SDR TWSTFT）。在圖6中，SDR衛(wèi)星雙向的周日效應(yīng)幅度比SATRE衛(wèi)星雙向的周日效應(yīng)減低了30%。圖7是DCD（GPS IPPP-SATRE TWSTFT）和DCD（GPS IPPP-SDR TWSTFT）的時(shí)間偏差圖，顯然后者的時(shí)間偏差優(yōu)于前者的時(shí)間偏差。因此，對(duì)于NIST-PTB鏈路來(lái)說(shuō)，在標(biāo)準(zhǔn)差和時(shí)間偏差兩個(gè)指標(biāo)上，SDR衛(wèi)星雙向都優(yōu)于SATRE衛(wèi)星雙向。

圖6 NIST-PTB鏈路上GPS IPPP時(shí)間比對(duì)以及DCD（GPS IPPP-SATRE TWSTFT）和DCD（GPS IPPP-SDR TWSTFT）

圖7 NTST-PTB鏈路上的DCD時(shí)間偏差

2.3 三角閉環(huán)分析

在衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)中，三角閉環(huán)是組成三角形的3條衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)鏈路的矢量和。理論上，三角閉環(huán)的和是零。與GPS時(shí)間比對(duì)不同，TWSTFT中的3條鏈路是完全獨(dú)立的。因此，非零閉合差可以很好地表征統(tǒng)計(jì)誤差和系統(tǒng)差，這其中周日效應(yīng)是統(tǒng)計(jì)誤差的主要來(lái)源。因此，三角閉合差是SDR在TWSTFT中改善周日效應(yīng)的重要表征參數(shù)。表3給出了亞洲，歐洲和美洲之間通過(guò)不同衛(wèi)星進(jìn)行時(shí)間比對(duì)的3條閉合差結(jié)果。從表3中可以看出，三角閉合差結(jié)果與2.2節(jié)情況一致，即通過(guò)T-11N要比通過(guò)AM22和E172A進(jìn)行的衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)噪聲大。盡管如此，3條不同配置鏈路的增益因子卻很接近，其分別是4.3，4.8和4.5。因?yàn)榉橇汩]合差是真誤差，故可以認(rèn)為增益因子代表了SDR相比SATRE衛(wèi)星雙向的真實(shí)改善水平。

表3 SATRE和SDR三角閉合差的標(biāo)準(zhǔn)差

以NIST為中轉(zhuǎn)的OP-NIST-PTB三角閉環(huán)鏈路上，在MJD 57 920~58 060時(shí)間段上其SDR和SATRE衛(wèi)星雙向的三角閉合差的標(biāo)準(zhǔn)分別為0.156 ns和0.566 ns，如圖8所示。從圖8可以看出，SDR大大改善了OP-NIST-PTB衛(wèi)星雙向的性能。

圖8 OP-NIST-PTB鏈路上的SDR和SATRE衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)三角閉合差

3 軟件接收機(jī)衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定度

長(zhǎng)期穩(wěn)定度是UTC時(shí)間比對(duì)鏈路的一項(xiàng)重要指標(biāo)。通過(guò)SATRE TWSTFT和GPS PPP時(shí)間比對(duì)之間的相互比較表明：二者之間年變化在某些UTC鏈路上可以達(dá)到2 ns[14-15]。因此，將SDR和SATRE衛(wèi)星雙向以及GPS PPP時(shí)間比對(duì)鏈路進(jìn)行長(zhǎng)期性數(shù)據(jù)分析是十分必要的。在三者比較之前，先利用1.2小節(jié)中的標(biāo)定方法將SDR TWSTFT鏈路進(jìn)行標(biāo)定，然后再對(duì)其進(jìn)行比較分析。

3.1 SDR TWSTFT與SATRE TWSTFT之間的長(zhǎng)期穩(wěn)定性比較分析

以O(shè)P-PTB歐洲內(nèi)部鏈路為例，選取6個(gè)月的SATRE和SDR衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)圖9。為計(jì)算二者的偏移，圖9對(duì)DCD進(jìn)行了線性擬合，OP-PTB鏈路上的DCD（SATRE TWSTFT-SDR TWSTFT）年變化為0.279 ns，這表明SDR TWSTFT是長(zhǎng)期穩(wěn)定的。

圖9 OP-PTB鏈路上 6個(gè)月的SATRE和SDR衛(wèi)星雙向以及其二者DCD（SATRE-SDR）

3.2 SDR TWSTFT與GPS PPP之間的長(zhǎng)期穩(wěn)定性比較分析

GPS PPP時(shí)間比對(duì)是目前UTC時(shí)間傳遞中比例最大的時(shí)間比對(duì)技術(shù)。選取TL和韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與科學(xué)研究院（KRISS）亞洲洲際內(nèi)部750 d的SDR衛(wèi)星雙向和GPS PPP數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，比對(duì)結(jié)果如圖10所示。在圖10中，GPS PPP數(shù)據(jù)來(lái)自與BIPM發(fā)布的Citr-T。DCD（SDR TWSTFT-GPS PPP）的標(biāo)準(zhǔn)差為0.92 ns。

在OP-PTB鏈路上，選取了6個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行了SDR TWSTFT和SATRE TWSTFT分別和GPS PPP的比較，見(jiàn)圖11。通過(guò)對(duì)DCD（SDR TWSTFT-GPS PPP）和DCD（SATRE TWSTFT-GPS PPP）進(jìn)行線性回歸分析表明，SDR，SATRE衛(wèi)星雙向和GPS PPP之間分別有2.22 ns/a和1.98 ns/a的變化量。

圖10 TL-KRISS鏈路上的SDR TWSTFT和GPS PPP時(shí)間比對(duì)

圖11 OP-PTB鏈路SDR TWSTFT和GPS PPP時(shí)間比對(duì)及其DCD

圖12 OP-PTB鏈路SATRE TWSTFT和GPS PPP時(shí)間比對(duì)及其DCD

4 結(jié)語(yǔ)

軟件接收機(jī)衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)研究小組成立已有2年，本文簡(jiǎn)要回顧了SDR衛(wèi)星雙向研究小組的歷史、SDR TWSTFT相關(guān)技術(shù)原理與地面站配置并且給出了主要研究結(jié)果。在國(guó)際權(quán)度局的組織下，以SATRE衛(wèi)星雙向和GPS PPP或IPPP時(shí)間比對(duì)為參考，對(duì)軟件接收機(jī)衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)的性能進(jìn)行了全面的評(píng)估。通過(guò)多條主要國(guó)際時(shí)間比對(duì)鏈路的分析表明：SDR TWSTFT長(zhǎng)期穩(wěn)定，并比SATRE TWSTFT具有更好的穩(wěn)定度或至少一樣的性能，其對(duì)衛(wèi)星雙向中的周日效應(yīng)在不同鏈路上有不同程度的改善。從2017年10月開(kāi)始，SDR TWSTFT已經(jīng)成為UTC時(shí)間比對(duì)鏈路的正式備用鏈路。在近幾年內(nèi)，BIPM將正式啟用SDR TWSTFT進(jìn)行UTC的計(jì)算。間接SATRE TWSTFT在某些鏈路上可以明顯改善衛(wèi)星雙向時(shí)間比對(duì)的性能，因此在某些鏈路上間接SDR TWSTFT也可以明顯改善其性能，另外，SDR TWSTFT移動(dòng)站標(biāo)定和SDR TWSTFT與GPS PPP融合等方法都可以繼續(xù)提高SDR TWSTFT的性能，這將是下一步需要開(kāi)展的工作。

致謝：感謝全球參與SDR衛(wèi)星雙向的守時(shí)實(shí)驗(yàn)室提供的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

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UTC two-way satellite time and frequency transfer based on SDR

JIANG Zhi-heng1, WU Wen-jun2,3,4

(1. Bureau International des Poids et Measures (BIPM), Paris F92312, France;2. National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China;3. Key Laboratory of Time and Frequency Primary Standards, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China;4. School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101048, China)

Two-way satellite time and frequency transfer (TWSTFT or TW for short) is a primary technique with precision of 0.5 ns for the generation of coordinated universal time (UTC). About 20 leading time laboratories around the world carry out continuously TWSTFT via Satellite and SATRE. One of the major uncertainty sources is the diurnal in the SATRE TWSTFT measurements. The observed peak-to-peak variations can be up to 2 ns in some cases. In 2016, the BIPM and the Consultative Committee for Time and Frequency (CCTF) working group (WG) on TWSTFT launched a pilot study on the application of SDR receivers in the UTC TWSTFT network. The results are satisfying. In this paper the SDR TWSTFT works are briefly reviewed and the results are compared with SATRE TWSTFT and GPS PPP or IPPP. It is indicated that within one continent the SDR TWSTFT link demonstrates a significant gain factor of 2-3 in reducing the diurnals and the continental STARE TWSTFT has been improved 30%-40% for the diurnals. The SDR TWSTFT became the backup UTC time transfer link since 2017 October and it is expected to be used formally for the generation of UTC in next several years.

coordinated universal time (UTC); software-defined receiver (SDR); two-way satellite time and frequency transfer (TWSTFT); diurnal; uncertainty

10.13875/j.issn.1674-0637.2019-03-0196-10

2019-01-20；

2019-03-23

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（11703030）；中國(guó)科學(xué)院“西部之光”人才培養(yǎng)計(jì)劃西部青年學(xué)者基金資助項(xiàng)目（XAB2017A06）

江志恒，男，研究員，主要從事時(shí)間頻率與大地測(cè)量研究。