史俊文

摘 要 在衛(wèi)星導航系統(tǒng)運作中，雙向時間頻率傳遞鏈路的性能直接影響著系統(tǒng)運作精度?；诖耍疚膹膫鬟f鏈路性能評估的意義展開論述，通過TWSTFT鏈路結(jié)構(gòu)介紹、設(shè)備誤差分析、其他誤差分析、整體性能評估這幾個環(huán)節(jié)實現(xiàn)了對衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞鏈路的性能評估，希望能夠為衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展提供助力。

關(guān)鍵詞 雙向時間;鏈路性能;傳遞鏈路

引言

衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞又被稱為TWSTFT，其精度可達到1ns以上，工作者通過準確評估衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞應用鏈路的性能，可以為衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞技術(shù)的可持續(xù)優(yōu)化提供有力依據(jù)。

1 性能評估意義

現(xiàn)階段，由于衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有較強的穩(wěn)定性、實時性以及精度，被應用于世界范圍內(nèi)的各個領(lǐng)域，而時間同步精度作為系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)評價標準之一，直接影響著導航系統(tǒng)的定位效果。其中衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞技術(shù)是當前最準確、使用最為廣泛的時間同步應用技術(shù)，技術(shù)人員通過研究傳遞鏈路的性能及其影響因素，然后基于找出誤差產(chǎn)生原因以及校正方法，可以準確優(yōu)化傳遞鏈路的使用性能，增強衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞技術(shù)的效用，獲得更優(yōu)質(zhì)的時間同步效果。

2 性能評估過程

2.1 TWSTFT鏈路結(jié)構(gòu)介紹

衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞鏈路主要包含九個結(jié)構(gòu)部分，即功放放大器、上變頻器、下變頻器、調(diào)制解調(diào)器、計算機、互聯(lián)網(wǎng)、主鐘、時間計數(shù)器等。在系統(tǒng)運作中，射頻信號會通過VSAT發(fā)射給衛(wèi)星，同時，VSAT也接收衛(wèi)星發(fā)來的射頻信號，然后MODEM負責將信號進行濾波、A/D轉(zhuǎn)換、解調(diào)調(diào)制、時差測量等處理，在此過程中，原子鐘會將標準10MHZ頻率以及IPPS信號作為參考輸入到MODEM中，同時，時間計數(shù)器會測量MODEM內(nèi)部存在的時間差，幫助系統(tǒng)把控時間同步精度。此次用來評估的衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞鏈路為VSAT衛(wèi)星天線傳遞鏈路，該鏈路的下行是12GHZ、上行是14GHZ，同時，配套的SATRE MODEM為德國的TIMETECH，其中頻為70MHZ，整體性能等級屬于常規(guī)類型。此外，在此次性能評估中，采用的偽隨機碼速率為5MChips/s，并且在數(shù)字調(diào)制模式上，研究人員選用了BPSK模式，符合當前衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞技術(shù)的使用標準，可以保障評估結(jié)果的準確性。

2.2 設(shè)備誤差分析

一般來說，容易造成信號傳遞誤差的設(shè)備主要為調(diào)制解調(diào)器以及發(fā)射接收設(shè)備，因此，研究者在傳遞鏈的運行過程中，對這兩類設(shè)備進行了性能評估，分析了其信號傳遞誤差，以期尋找出衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞鏈路性能在設(shè)備方面的優(yōu)化方法。在設(shè)備誤差分析中，研究者采用計數(shù)器對調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部的信號進行了測量，得出其內(nèi)部信號相較于主鐘內(nèi)部信號，存在1PPs秒的時延，同時，研究者又對地面的信號發(fā)射、接收設(shè)備進行了測量，由于該類型設(shè)備導致誤差時延量級大致在0.2～0.5ns左右，遠遠大于其他設(shè)備的誤差，由此可知，發(fā)射接收設(shè)備所產(chǎn)生的誤差，在設(shè)備方面影響衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞鏈路性能的主要因素。此外，經(jīng)過長期研究，上下變頻器以及低噪放大器在運作過程中，受溫度的影響較大，所以工作者通過控制設(shè)備問題，也能夠減少一定的設(shè)備誤差。

2.3 其他誤差分析

在衛(wèi)星系統(tǒng)的運作中，其本身會進行一定程度的運動，這使得衛(wèi)星與地球之間的距離會在既定的范圍內(nèi)不斷變化，因此會導致距離誤差、主鐘不同步誤差以及Sagnac效應誤差，其中距離誤差對傳遞鏈路性能的影響效果最為明顯，而且該項誤差會隨著地球衛(wèi)星之間距離的增大而增大，若距離誤差達到了1000km，就會造成高達幾十皮秒的信號時間同步誤差，影響傳遞鏈路的性能。為此，工作者可以選用與信號收發(fā)站幾何路徑對稱的衛(wèi)星，來緩解距離誤差對傳遞鏈路性能造成的影響。此外，傳遞鏈路本身也存在流層、電離層的時延。通常情況下，流層問題引起的誤差相對較小，幾乎可以忽略不計，但是電離層造成的誤差，會使上下鏈路出現(xiàn)不對稱的誤差，并且可以達到幾百皮秒，因此，工作者需要在傳遞鏈路中構(gòu)建這類粗大誤差的處理程序，提升鏈路性能。

2.4 整體性能評估

經(jīng)過上述分析，研究者通過觀察衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞數(shù)據(jù)可以得出，為了保障傳遞鏈路的運作效果，工作者需要在數(shù)據(jù)處理過程中扣除系統(tǒng)誤差，以及既定的Sagnac效應數(shù)值，同時，還要優(yōu)化粗大誤差的處理，才能保障傳遞鏈路的使用性能。在此過程中，雖然粗大誤差數(shù)量通常處于1%以下，但是該項誤差的出現(xiàn)，會對統(tǒng)計、計算、繪圖等工作環(huán)節(jié)造成影響，因此，工作者必須在系統(tǒng)中設(shè)置粗大誤差剔除功能，提升傳遞鏈路運作準確性水平。此外，工作者還應根據(jù)傳遞鏈路應用設(shè)備的運行規(guī)律，來針對性地采取誤差處理措施，優(yōu)化傳遞鏈路的運行效果?；诖?，從整體上來看，傳遞鏈路的性能大致能夠滿足當前衛(wèi)星系統(tǒng)運作的常規(guī)需求，但其中依然存在優(yōu)化空間，工作者通過采取相應的設(shè)備以及其他方面誤差因素處理措施，可以大幅度優(yōu)化傳遞鏈路的性能，增強衛(wèi)星系統(tǒng)的時間同步精度[1]。

3 評估結(jié)果分析

經(jīng)過上述一系列的分析和研究得出，在設(shè)備方面，為了降低信號收發(fā)設(shè)備中存在的運行誤差，工作者可以采用移動標校站，來進行信號的標校，同時，保持上下變頻器、低噪放大器這兩類設(shè)備的恒溫，緩解溫度對設(shè)備運作帶來的影響，減少設(shè)備誤差為傳遞鏈路性能帶來的影響，優(yōu)化鏈路性能。在其他方面，工作者需要在傳遞鏈路配套數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，構(gòu)建誤差校準、修正功能，扣除鏈路在運行中存在的誤差值，增強輸出數(shù)據(jù)的準確性[2]。

4 結(jié)束語

綜上所述，系統(tǒng)設(shè)備的誤差是影響衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞鏈路性能的主要因素。在衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展中，技術(shù)人員通過采取設(shè)備、系統(tǒng)的誤差修正、規(guī)避措施，可以有效強化傳遞鏈路的使用性能，深入優(yōu)化衛(wèi)星雙向時間頻率傳遞技術(shù)的實時性和精度，提升衛(wèi)星導航系統(tǒng)的發(fā)展水平。

參考文獻

[1] 王翔，董紹武，武文俊.基于1 Mcps/s碼速率的亞歐衛(wèi)星雙向時間比對性能分析[J].天文學報，2019，60（6）：28-37.

[2] 江志恒，武文俊.軟件接收機UTC衛(wèi)星雙向時間傳遞[J].時間頻率學報，2019，42（3）：196-205.