北京睿信豐科技有限公司 劉 壹

我國北斗三號衛(wèi)星，已經(jīng)正式實現(xiàn)全球衛(wèi)星組網(wǎng)，能夠為世界各地提供對應的服務和需求，因此開展衛(wèi)星復雜電磁環(huán)境中的導航系統(tǒng)的功能測試，成為檢驗衛(wèi)星性能的重要方式，引發(fā)行業(yè)成員的重視和關注?；趶碗s電磁環(huán)境中，開展衛(wèi)星授時性能測試的研究，是當前衛(wèi)星導航系統(tǒng)重要的研究內容。本文以衛(wèi)星授時性能測試方法為主要研究對象，針對復雜電磁環(huán)境背景下進行多角度、多層次、多內容的論述和分析，結合筆者多年從事衛(wèi)星授時性能測試領域的研究和經(jīng)驗，提出一系列行之有效的發(fā)展建議和改善措施，助力相關領域的從業(yè)人員，給予力所能及的幫助和支持，僅供參考。

1 “北斗”接收機授時原理

1.1 單向授時方式

單向授時方式，主要是指衛(wèi)星與用戶不需要進行數(shù)據(jù)信息的雙向傳遞，只需要讓用戶的設備接收衛(wèi)星發(fā)送的數(shù)據(jù)即可，通過獲取的數(shù)據(jù)與衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行對比和校核，確保二者時間保持一致性。在單向授時過程中，需要確保地面設備能夠接收到衛(wèi)星傳遞的數(shù)據(jù)信息，尤其是對應的數(shù)據(jù)，要確保內容的精準性和高效性，并且與衛(wèi)星的各項時間數(shù)據(jù)保持一致，要將二者的時間控制軌道，控制在同一頻率中，并且在經(jīng)過中心站時，能夠充分考慮到衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的信息延遲以及干擾影響等一系列因素，并且傳遞到接收機后，還能夠根據(jù)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸時間進行自我修正和數(shù)據(jù)校核，提升地面時間的精準性和同步性。

1.2 雙向授時方式

雙向授時模式，主要是指用戶數(shù)據(jù)與中心站進行數(shù)據(jù)交換過程中，會向中心站申請對應的發(fā)射授時信號，并且根據(jù)中心站的有效計算，判斷用戶與衛(wèi)星之間的時差，并能夠助力用戶進行地區(qū)時差的調整，從而與標準時間相一致。

例如，以數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹行恼鞠到y(tǒng)為核心，在Ta時間段進行授時信號STa的發(fā)射，并在該時段內信號經(jīng)過延遲時間t1后傳送到衛(wèi)星，經(jīng)過衛(wèi)星的轉發(fā)，以延遲時間t2到達授權用戶接收機，最后用戶接收機將信號進行處理和轉發(fā)，以傳播延時t3到達衛(wèi)星，衛(wèi)星接收后再次進行轉發(fā)，經(jīng)過空間的傳播以t4延遲時間進行傳播，送回到中心站系統(tǒng)中。因此，時間Ta的時標信號即為STa。當最終時間為Ta+t1+t2+t3+t4時間之和除以2的結果，是中心站系統(tǒng)到用戶機的單向傳播時延。中心站將單向傳播時延，傳播到用戶接收機時，授時接收機的時標信號以及單向傳播信號，計算本地鐘與中心控制系統(tǒng)時間之間的差值，并對本地時間進行校核和修正，從而實現(xiàn)二者時間的同步性。圖1為衛(wèi)星授時效果圖。

圖1 衛(wèi)星授時效果圖

2 復雜電磁環(huán)境適應測試

基于復雜電磁環(huán)境，衛(wèi)星授時性能可能會出現(xiàn)不同程度的影響，需要對電磁環(huán)境進行系統(tǒng)化的研究和分析。復雜電磁環(huán)境，主要是特指某一空域、視域、時域、頻域或者功率中，出現(xiàn)多種電磁信號，導致地面電子設備的運行成效出現(xiàn)不同程度的干擾和影響，極有可能出現(xiàn)失效或者失準等一系列問題。復雜電磁環(huán)境，是現(xiàn)代衛(wèi)星通信領域重要的研究內容，其主要的環(huán)境特點是存在嚴重的多變性、重疊性、多樣性、以及能量分布不均性等，并且隨著對復雜電磁環(huán)境的了解，對應的復雜程度會進一步提升。因此，復雜電磁環(huán)境對于傳統(tǒng)電子設備具有強烈的干擾性，需要對其干擾問題進行處理和防護，減少復雜電磁環(huán)境對電子設備授時接收機的影響和破壞，并能夠借助相關抵抗措施，提升授時接收機的信號傳播質量，能夠與干擾環(huán)境形成相互獨立的構建模式，降低二者之間的影響。例如，（x1,y1,z1）為某衛(wèi)星的實際左邊，（x2,y2,z2）為接收坐標，而接收機的測量距離為√D=(x1-x2)2+(y1-y2)2+(z1-z2)2。

3 復雜電磁環(huán)境下衛(wèi)星授時性能測試方法

3.1 復雜電磁環(huán)境的設置方式

為了讓試驗內容更加符合戰(zhàn)爭中的復雜電磁環(huán)境，需要對衛(wèi)星授時接收機頻段進行信號干擾，主要的干擾源可以采用噪聲干擾、調頻干擾、掃頻干擾、QPSK干擾、ASK干擾等一系類手段，提升信號的干擾程度。另外，由于時間接收裝置，大多距離雷達設備較近，同時還會受到相關設備的輻射干擾以及雜散信號的持續(xù)干擾。結合輕度復雜電磁環(huán)境、中度復雜電磁環(huán)境以及重度復雜電磁環(huán)境進行測試和分析。

3.2 輕度復雜電磁環(huán)境定時接收機性能測試

基于輕度復雜電磁環(huán)境測試需求，被測試裝備需要在戶外進行開展。將通信雷達設備以及通信裝置調制成輕度復雜電磁環(huán)境，然后對接收機天線放置于雷達設備旁，以輕度干擾強度，開展對應的性能測試。一方面，對接收機授時情況進行記錄和分析，了解和探查接收機出現(xiàn)的信號干擾情況，并對相關頻率和數(shù)據(jù)進行標記和區(qū)分，另一方面，通過對信號干擾情況的記錄和說明，對輕度復雜電磁環(huán)境中接收機工作情況進行性能檢測。

3.3 中度復雜電磁環(huán)境定時接收機性能測試

基于中度復雜電磁環(huán)境測試需求，被測試裝備需要在戶外進行開展。將通信雷達、干擾裝置、信號模擬器等設備進行部署，實現(xiàn)中度復雜電磁環(huán)境的搭建，同時將電磁干擾裝置與被測試接收機放置在規(guī)定距離，確保信號干擾強度符合試驗的設定要求，并持續(xù)開展信號干擾工作，不定時調整對應的電磁信號干擾強度。在進行接收機授時性能測試時，既要對被測試設備信號干擾情況進行記錄和分析，同時也要對干擾情況進行說明和記錄，確保中度復雜電磁環(huán)境中，接收機性能測試滿足對應的試驗要求。

3.4 重度復雜電磁環(huán)境定時接收機性能測試

基于重度復雜電磁環(huán)境測試需求，被測試裝備需要在試驗室開展。首先，需要確保重度復雜電磁環(huán)境的有效構建，能夠滿足基本的試驗需求，并且對電磁干擾強度進行檢測，確保復雜電磁環(huán)境中，存在多種電磁干擾源，能夠實現(xiàn)對接收機授時性能的強烈干擾，并且在仿真環(huán)境中，能夠記錄相關數(shù)據(jù)的干擾情況，并將信號干擾設備與仿真系統(tǒng)進行深入融合，確保試驗環(huán)境的真實性和有效性。最后，在多種信號干擾環(huán)境中，記錄接收機的工作狀態(tài)以及時間信息，查看時間數(shù)據(jù)變化情況，并根據(jù)對應的干擾試驗進行系統(tǒng)評估。

3.5 衛(wèi)星接收機守時性能測試方法

開展對衛(wèi)星接收機守時性能研究，其核心目的是為了進一步分析時間接收設備工作異常時，檢測設備的數(shù)據(jù)抗干擾能力，進而實現(xiàn)時間數(shù)據(jù)的精準控制，能夠實現(xiàn)在復雜電磁環(huán)境中，以標準時間接收對應的技術指標。當處于標準時間時，無法接收用戶時間信號時，接收機的頻率標準，能夠為用戶提供相應的時間校核系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)時間數(shù)據(jù)的精準性和可靠性，減少對應的干擾問題和干擾影響。

提升設備守時精度的方式有三種，包括馴服模式、學習模式以及保持模式。馴服模式，是指在標準時設備開展工作后，對應的頻率標準生成為馴服模式，設備能夠按照一定的頻率周期進行測量，并且能夠持續(xù)調節(jié)對應的震蕩頻率，能夠在頻率輸出值較小時進行自我修正，并在系統(tǒng)修正完畢后，停止震蕩頻率的產生。當標準時設備重新鎖定后，系統(tǒng)會再次進入到馴服模式。簡單來說，是系統(tǒng)存在一種自我修復功能，能夠通過對時間數(shù)據(jù)的偏差自行選擇對應的模式，當時間保持一致時，修復系統(tǒng)會處于休眠模式，當數(shù)據(jù)存在差異時，對時間數(shù)據(jù)進行動態(tài)捕捉，然后進行修正。學習模式，主要適用于高性能的馴服晶振類頻率標準，通過在馴服系統(tǒng)中的持續(xù)性學習、測量，能夠對晶振衰老趨勢進行判斷和分析，并記錄對應的數(shù)據(jù)。保持模式，主要是標準時設備無法有效工作，對應的標準時授時精度持續(xù)下降，系統(tǒng)會自動進入保持模式，根據(jù)振蕩器的穩(wěn)定效應，為設備持續(xù)提供精準的時間數(shù)據(jù)以及信號頻率。通常，切換到保持模式時，對應的標準時設備頻率具有最佳的準確度以及較長時間的穩(wěn)定度，同時具備學習算法，能夠有效馴服高穩(wěn)晶體，并根據(jù)晶體的老化特征，在一定時間內進行振動老化頻率調節(jié)，繼續(xù)維持時間保持的優(yōu)良特性。當標準時設備重新鎖定后，系統(tǒng)會再次進入到馴服模式。

結論：綜上所述，隨著我國電子技術的快速發(fā)展，基于當前電子設備的高頻使用習慣，需要對電子設備的抗干擾能力進一步強化和提升，借助對“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)標準時間授時應用的研究，為電子設備抗干擾能力提升，給予了重要的支持和幫助。