孫保琪，韓 蕊，劉嘉偉，張 喆，王 格，陳 亮，劉 婭，楊旭海

(1.中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，西安 710600；2.中國(guó)科學(xué)院精密導(dǎo)航定位與定時(shí)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710600；3.山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，淄博 255049; 4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院，北京 100049)

0 引言

精密時(shí)間是保障現(xiàn)代社會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)和快速發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)之一，在通信、電力、金融、交通和航天等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用[1]。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)是重要的授時(shí)手段之一，具有全天時(shí)、全天候、全球覆蓋等諸多優(yōu)勢(shì)。北斗三號(hào)基于碼偽距觀測(cè)值的基本授時(shí)服務(wù)精度優(yōu)于20ns[2-3]。隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新一代移動(dòng)通信和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域?qū)κ跁r(shí)服務(wù)提出了更高精度、更低成本的需求。

載波相位觀測(cè)精度比碼偽距高2個(gè)數(shù)量級(jí)，是GNSS高精度應(yīng)用的首選觀測(cè)量。GNSS載波相位在時(shí)間頻率領(lǐng)域的應(yīng)用初期主要集中在遠(yuǎn)距離時(shí)間傳遞方面[4]。隨著GNSS精密衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差等精密產(chǎn)品的普及和推廣，以精密單點(diǎn)定位(Precise Point Positioning，PPP)和長(zhǎng)基線單差為代表的載波相位時(shí)間傳遞技術(shù)逐漸發(fā)展成熟。尤其是PPP時(shí)間傳遞技術(shù)，由于不受距離限制，在協(xié)調(diào)世界時(shí)(Universal Time Coordinated，UTC)、國(guó)際時(shí)間比對(duì)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[5-6]。自從國(guó)際GNSS服務(wù)(International GNSS Service, IGS)組織啟動(dòng)實(shí)時(shí)服務(wù)以來(lái)，基于實(shí)時(shí)精密軌道和鐘差產(chǎn)品的PPP實(shí)時(shí)時(shí)間傳遞和精密授時(shí)成為可能[7-8]。實(shí)現(xiàn)單站PPP精密授時(shí)需要將實(shí)時(shí)精密衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品的參考時(shí)間歸算到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。文獻(xiàn)[9]在2014年提出了將實(shí)時(shí)鐘差歸算到UTC(NTSC)開展精密授時(shí)服務(wù)(Precise Time Service, PTS)的概念。文獻(xiàn)[10]基于國(guó)際GNSS監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)(international GNSS Monitoring and Assessment System, iGMAS)跟蹤站、分析中心和數(shù)據(jù)中心建成了PTS PPP授時(shí)原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了亞納秒量級(jí)的授時(shí)精度。文獻(xiàn)[11-12]開展了類似的PPP授時(shí)研究工作。

PPP授時(shí)精度高，不受基線長(zhǎng)度限制，具有較好的應(yīng)用前景。但是PPP授時(shí)嚴(yán)重依賴實(shí)時(shí)衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品，尤其要求衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品的參考時(shí)間實(shí)時(shí)精密、連續(xù)無(wú)縫地歸算到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。此外，PPP授時(shí)解算還需要進(jìn)行復(fù)雜的系統(tǒng)誤差改正和參數(shù)估計(jì)，對(duì)用戶來(lái)講具有較高的技術(shù)門檻和計(jì)算資源成本。

GNSS載波相位高精度應(yīng)用的另一種常見場(chǎng)景是短基線相對(duì)定位，以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(Real-Time Kinematic，RTK)定位技術(shù)最為典型[13]。短距離情況下，2臺(tái)GNSS接收機(jī)的多項(xiàng)系統(tǒng)誤差具有高度相關(guān)性。RTK定位充分利用這一特點(diǎn)，在基準(zhǔn)站與用戶(流動(dòng)站)之間形成站星雙差，基于載波相位觀測(cè)值和廣播星歷解算用戶位置，可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位。RTK定位已發(fā)展成為一種成熟的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)、測(cè)繪生產(chǎn)、形變監(jiān)測(cè)和精密農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

RTK授時(shí)與RTK定位的思想類似，在短距離情況下，時(shí)間用戶與時(shí)間基準(zhǔn)站(標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間)之間基于碼偽距和載波相位觀測(cè)值形成站間一次差分，解算得到用戶本地時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的偏差，進(jìn)而通過(guò)調(diào)整本地時(shí)間實(shí)現(xiàn)授時(shí)。傳統(tǒng)RTK定位通常采用站星雙差模式，而RTK授時(shí)為保留接收機(jī)鐘差參數(shù)，采用站間一次差分(單差)的模式。所以，RTK授時(shí)本質(zhì)上屬于實(shí)時(shí)載波相位單差時(shí)間傳遞技術(shù)。與PPP授時(shí)相比，因?yàn)橥瑯邮褂昧溯d波相位觀測(cè)值，RTK授時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)亞納秒量級(jí)的精度。此外，RTK授時(shí)僅需要廣播星歷，不依賴額外的精密產(chǎn)品，系統(tǒng)誤差修正簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加簡(jiǎn)便易行。同時(shí)，由于RTK定位收斂時(shí)間較短，在此基礎(chǔ)上實(shí)施RTK授時(shí)，收斂時(shí)間能夠比PPP授時(shí)顯著縮短。文獻(xiàn)[14]在2010年提出了包含授時(shí)功能的4D RTK數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了性能分析。近年來(lái)，隨著5G通信等技術(shù)的發(fā)展，RTK授時(shí)技術(shù)的相關(guān)研究逐漸增多[15-16]。文獻(xiàn)[16]以GPS為例，基于2個(gè)月觀測(cè)數(shù)據(jù)分析了GNSS RTK授時(shí)性能。文獻(xiàn)[17-19]研究了基于RTK技術(shù)的時(shí)間傳遞。

總體來(lái)看，當(dāng)前RTK授時(shí)研究主要基于GPS開展，基于北斗尤其是北斗三號(hào)新體制信號(hào)觀測(cè)值的RTK授時(shí)研究鮮有報(bào)導(dǎo)。另外，RTK授時(shí)的原理決定了基于RTK模式的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間授時(shí)只能覆蓋以個(gè)別城市為代表的單個(gè)區(qū)域局部范圍。

為了能夠在更大的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)基于RTK模式的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間精密授時(shí)，提出了一種多區(qū)域RTK授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)，能夠在不相鄰的多個(gè)城市區(qū)域同時(shí)開展標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間RTK授時(shí)，有望為城市信息化建設(shè)等提供技術(shù)參考。依托中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心時(shí)間頻率和衛(wèi)星導(dǎo)航平臺(tái)建立了原型系統(tǒng)，并基于多天的北斗三號(hào)觀測(cè)值開展了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 RTK授時(shí)原理

1.1 數(shù)學(xué)模型

RTK授時(shí)中，基準(zhǔn)站與用戶對(duì)單顆導(dǎo)航衛(wèi)星形成的單差碼偽距和載波相位觀測(cè)方程分別為

(1)

(2)

在站間單差觀測(cè)值中完全消除了衛(wèi)星鐘差和衛(wèi)星端硬件延遲等誤差項(xiàng)。由于距離較近，電離層延遲和對(duì)流層延遲等空間相關(guān)性較強(qiáng)的誤差項(xiàng)也可忽略不計(jì)。在實(shí)際處理中，還需要進(jìn)行接收機(jī)天線相位中心修正。

1.2 參數(shù)估計(jì)

RTK授時(shí)具有實(shí)時(shí)性，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波進(jìn)行參數(shù)估計(jì)。線性化后的狀態(tài)方程及觀測(cè)方程為

Xk=Φk,k-1Xk-1+Wk-1

(3)

Zk=HkXk+vk

(4)

式中，Xk為狀態(tài)向量；Φk,k-1為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；Zk為線性化后的觀測(cè)值向量；Hk為設(shè)計(jì)矩陣；Wk-1為動(dòng)態(tài)噪聲向量；vk為觀測(cè)噪聲向量；過(guò)程噪聲的方差記為Qk；觀測(cè)噪聲的方差記為Rk。

狀態(tài)向量的最優(yōu)估值及其方差-協(xié)方差為

(5)

Pk=(I-KkHk)Pk/k-1

(6)

其中，增益矩陣Kk為

(7)

(8)

預(yù)測(cè)值的方差-協(xié)方差Pk/k-1為

(9)

RTK授時(shí)中估計(jì)的狀態(tài)向量參數(shù)包括接收機(jī)位置、相對(duì)鐘差和載波相位模糊度。如果引入已知或通過(guò)RTK定位解算的接收機(jī)位置，則估計(jì)的狀態(tài)向量中只包括相對(duì)鐘差和載波相位模糊度參數(shù)。根據(jù)用戶接收機(jī)動(dòng)態(tài)性能的不同，接收機(jī)位置參數(shù)可以設(shè)置為動(dòng)態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)，分別對(duì)應(yīng)不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。

2 系統(tǒng)組成

多區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間RTK授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間、高精度實(shí)時(shí)時(shí)間頻率傳遞鏈路、時(shí)間基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)中心、通信鏈路和時(shí)間用戶等部分組成，如圖1所示。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間為授時(shí)時(shí)間源，位于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間守時(shí)實(shí)驗(yàn)室。時(shí)間基準(zhǔn)站有多個(gè)，根據(jù)區(qū)域范圍大小每個(gè)區(qū)域有1～2個(gè)。時(shí)間基準(zhǔn)站配備高性能原子鐘和北斗/GNSS接收機(jī),接收機(jī)外接高性能原子鐘輸出的頻率和秒脈沖(Pulse Per Second, PPS)時(shí)間信號(hào)。通過(guò)高精度實(shí)時(shí)時(shí)間頻率傳遞鏈路，高性能原子鐘實(shí)時(shí)駕馭到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。因此，時(shí)間基準(zhǔn)站接收機(jī)時(shí)鐘為復(fù)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，可以作為基準(zhǔn)對(duì)時(shí)間用戶進(jìn)行授時(shí)。

圖1 多區(qū)域RTK授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)Fig.1 Multi-region RTK time service system

高精度實(shí)時(shí)時(shí)間頻率傳遞鏈路優(yōu)先選取光纖雙向時(shí)間頻率傳遞技術(shù)，同時(shí)以GNSS載波相位時(shí)間頻率傳遞技術(shù)為備份。

數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)接收時(shí)間基準(zhǔn)站北斗/GNSS實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，并以國(guó)際通用格式轉(zhuǎn)發(fā)給時(shí)間用戶，同時(shí)具有系統(tǒng)監(jiān)控的功能。時(shí)間基準(zhǔn)站與數(shù)據(jù)中心之間采用專線互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)中心與時(shí)間用戶之間采用移動(dòng)或?qū)＞€互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信。與時(shí)間基準(zhǔn)站類似，時(shí)間用戶也配備北斗/GNSS接收機(jī)，并以外接的用戶本地時(shí)鐘為接收機(jī)時(shí)間。時(shí)間用戶從數(shù)據(jù)中心接收本區(qū)域范圍內(nèi)時(shí)間基準(zhǔn)站的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合本地觀測(cè)數(shù)據(jù)和廣播星歷，通過(guò)RTK授時(shí)方法計(jì)算出本地時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的偏差。

國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“高精度地基授時(shí)系統(tǒng)”的光纖授時(shí)網(wǎng)，可為本系統(tǒng)提供備選光纖雙向時(shí)間頻率傳遞鏈路和時(shí)間基準(zhǔn)站。為了便于跟RTK定位協(xié)同工作，時(shí)間基準(zhǔn)站也可以與RTK定位基準(zhǔn)站并址建設(shè)。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 原型系統(tǒng)

為了驗(yàn)證其可行性，依托中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心臨潼本部和西安場(chǎng)區(qū)的時(shí)間頻率及衛(wèi)星導(dǎo)航平臺(tái)，建立了RTK授時(shí)原型系統(tǒng)，如圖2所示。位于臨潼本部的UTC(NTSC)作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源。西安場(chǎng)區(qū)時(shí)間實(shí)驗(yàn)室作為時(shí)間基準(zhǔn)站，主鐘為一臺(tái)高性能被動(dòng)型氫原子鐘，通過(guò)光纖雙向時(shí)間頻率傳遞鏈路實(shí)時(shí)駕馭到UTC(NTSC)。SEPT為時(shí)間基準(zhǔn)站北斗/GNSS接收機(jī)，外接氫原子鐘10MHz和1PPS信號(hào)。XIA6和SE22為用戶接收機(jī)，位于臨潼本部測(cè)定軌大廳，均外接UTC(NTSC)10MHz和1PPS信號(hào)，且共用同一接收機(jī)天線。依托iGMAS西安數(shù)據(jù)中心/國(guó)家授時(shí)中心分析中心作為原型系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，通過(guò)NTRIP協(xié)議接收并轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間基準(zhǔn)站北斗/GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)。3臺(tái)接收機(jī)的型號(hào)均為Septentrio PolaRx5TR，天線型號(hào)為SEPCHOKE_B3E6。

3.2 時(shí)間基準(zhǔn)站原子鐘實(shí)時(shí)駕馭

時(shí)間基準(zhǔn)站原子鐘與UTC(NTSC)之間通過(guò)光纖雙向時(shí)間頻率傳遞技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)[20]，比對(duì)結(jié)果采樣率為1Hz。根據(jù)比對(duì)結(jié)果，采用調(diào)頻的方式將時(shí)間基準(zhǔn)站原子鐘駕馭到UTC(NTSC)。

圖3所示為2020年第192天—第202天共11天的光纖雙向時(shí)間頻率傳遞結(jié)果，可以看出，時(shí)間基準(zhǔn)站原子鐘與UTC(NTSC)時(shí)間偏差峰峰值小于1ns，大部分時(shí)段在±0.2ns以內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)差為0.13ns。結(jié)果表明，時(shí)間基準(zhǔn)站原子鐘能夠以較高的精準(zhǔn)度實(shí)時(shí)駕馭到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

圖3 光纖雙向時(shí)間頻率傳遞結(jié)果Fig.3 The results of two-way optical time and frequency transfer

3.3 基于北斗三號(hào)的RTK授時(shí)

利用SEPT、XIA6和SE22這3臺(tái)接收機(jī)的北斗三號(hào)衛(wèi)星新體制信號(hào)B1C和B2a觀測(cè)值開展RTK授時(shí)試驗(yàn)，分析驗(yàn)證RTK授時(shí)性能。觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)段為2021年4月19日—4月30日，對(duì)應(yīng)年積日(DOY)為第109天—120天，共12天。除了以SEPT為基準(zhǔn)站形成短基線授時(shí)外，還分析了以XIA6為基準(zhǔn)站時(shí)SE22接收機(jī)的零基線授時(shí)性能。利用B1C/B2a雙頻觀測(cè)值展開試驗(yàn)，涉及動(dòng)態(tài)(kinematic)、靜態(tài)(static)和固定站坐標(biāo)(fixed)三種RTK授時(shí)模式,詳細(xì)解算設(shè)置如表1所示。需要說(shuō)明的是，本次RTK授時(shí)試驗(yàn)只解算了用戶與時(shí)間基準(zhǔn)站之間的時(shí)間偏差，沒(méi)有進(jìn)一步對(duì)用戶時(shí)鐘進(jìn)行駕馭。

表1 RTK授時(shí)解算策略

3.3.1 短基線

SEPT與XIA6/SE22之間的基線長(zhǎng)度為32.85km。以SEPT為時(shí)間基準(zhǔn)站，SE22和XIA6為用戶站的RTK授時(shí)結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 SE22短基線雙頻RTK授時(shí)結(jié)果Fig.4 SE22 short-baseline dual-frequency RTK timing results

圖5 XIA6短基線雙頻RTK授時(shí)結(jié)果Fig.5 XIA6 short-baseline dual-frequency RTK timing results

時(shí)間基準(zhǔn)站SEPT外接異地復(fù)現(xiàn)的UTC(NTSC)時(shí)間信號(hào)，SE22和XIA6直接外接UTC(NTSC)信號(hào)。這種場(chǎng)景的授時(shí)結(jié)果可以表征標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間多區(qū)域RTK授時(shí)服務(wù)的性能。

從圖4和圖5可以看出，由于外接了同源的時(shí)間參考信號(hào)，SE22和XIA6接收機(jī)RTK授時(shí)結(jié)果的趨勢(shì)基本一致。因?yàn)樾盘?hào)傳輸電纜較長(zhǎng)，且經(jīng)過(guò)多級(jí)頻分和脈分設(shè)備，2臺(tái)接收機(jī)外接時(shí)間信號(hào)的延遲在700ns左右。2臺(tái)接收機(jī)12天的授時(shí)結(jié)果均比較連續(xù)穩(wěn)定，不考慮收斂過(guò)程情況下峰峰值偏差約為1ns。由于沒(méi)有進(jìn)行校準(zhǔn)，這里只統(tǒng)計(jì)授時(shí)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差，SE22三種模式短基線授時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.19ns、0.18ns和0.17ns；XIA6相應(yīng)的值分別為0.18ns、0.17ns和0.16ns。

動(dòng)態(tài)、靜態(tài)和固定站坐標(biāo)三種模式的結(jié)果趨勢(shì)符合性較好。由于每個(gè)歷元解算一組坐標(biāo)參數(shù)，動(dòng)態(tài)模式RTK授時(shí)結(jié)果噪聲較大。固定站坐標(biāo)模式收斂時(shí)間最短。授時(shí)結(jié)果圖中顯示，靜態(tài)模式與動(dòng)態(tài)模式收斂時(shí)間相當(dāng)，但是通過(guò)查看解算參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差可知，靜態(tài)模式收斂速度比動(dòng)態(tài)模式快約1倍。

3.3.2 零基線

SE22與XIA6之間構(gòu)成共鐘零基線。這種模式下，RTK授時(shí)結(jié)果表示2臺(tái)接收機(jī)之間的硬件時(shí)延偏差。由于僅受觀測(cè)噪聲影響，共鐘零基線模式可以衡量RTK授時(shí)能夠達(dá)到的理想水平。以XIA6為基準(zhǔn)站，SE22的RTK授時(shí)結(jié)果如圖6所示。與SE22不同，XIA6設(shè)置了接收機(jī)內(nèi)部時(shí)延自校準(zhǔn)。所以,盡管2臺(tái)接收機(jī)型號(hào)完全一樣，但是B1C/B2a信號(hào)雙頻無(wú)電離層組合對(duì)應(yīng)的硬件時(shí)延差異可達(dá)27ns。零基線RTK授時(shí)12天結(jié)果峰峰值在0.2ns以內(nèi)，動(dòng)態(tài)、靜態(tài)和固定站坐標(biāo)三種模式的標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.023ns、0.021ns和0.020ns。雖然整體比較平穩(wěn)，不過(guò)從圖6的授時(shí)結(jié)果中可以明顯看出周期性變化，尤其是第115天之后。這種現(xiàn)象可能是因?yàn)?臺(tái)接收機(jī)的硬件延遲對(duì)溫度變化的響應(yīng)不同造成的。

圖6 零基線雙頻RTK授時(shí)結(jié)果Fig.6 Zero-baseline dual-frequency RTK timing results

3.3.3 閉合差

試驗(yàn)期間，SEPT、SE22和XIA6這3臺(tái)接收機(jī)構(gòu)成同步觀測(cè)環(huán)，鐘差閉合差理論值為0。通過(guò)同步環(huán)鐘差閉合差可以檢驗(yàn)RTK授時(shí)基線解算質(zhì)量。利用SE22和XIA6短基線RTK授時(shí)結(jié)果推算得到SE22相對(duì)于XIA6的鐘差，與零基線直接解算得到的SE22相對(duì)于XIA6的鐘差做差，即可得到本試驗(yàn)的同步環(huán)鐘差閉合差，如圖7所示。

圖7 雙頻RTK授時(shí)同步環(huán)鐘差閉合差Fig.7 Clock closure of simultaneous observation loop for dual-frequency RTK timing

從圖7可以看出，三種模式RTK授時(shí)的同步環(huán)鐘差閉合差均在0附近波動(dòng)，動(dòng)態(tài)模式在±0.1ns以內(nèi)，靜態(tài)和固定站坐標(biāo)模式在±0.05ns以內(nèi)。三種模式同步環(huán)鐘差閉合差的標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.004ns、0.001ns和0.001ns。第114天三種模式的授時(shí)結(jié)果均存在一小段異常，動(dòng)態(tài)模式的異?，F(xiàn)象更為明顯。分析RTK授時(shí)殘差文件和觀測(cè)值文件可知，第114天的10點(diǎn)02分30秒～11點(diǎn)11分30秒期間，XIA6接收機(jī)C43號(hào)衛(wèi)星僅有B1C觀測(cè)值，沒(méi)有B2a觀測(cè)值，無(wú)法形成雙頻消電離層組合。由此造成該時(shí)段RTK授時(shí)處理時(shí)，基線XIA6-SEPT比基線SE22-SEPT少1顆參與解算的導(dǎo)航衛(wèi)星，進(jìn)而在同步環(huán)鐘差閉合差中形成較大的差異。盡管在第114天等個(gè)別時(shí)段存在較小的異常值，整體來(lái)看3條基線RTK授時(shí)解算一致性仍然較好。

3.3.4 穩(wěn)定度

圖8和圖9所示分別為SE22短基線和零基線RTK授時(shí)結(jié)果的頻率穩(wěn)定度，以修正Allan偏差(Modified Allan Deviation, MDEV)表示。XIA6短基線授時(shí)結(jié)果頻率穩(wěn)定度曲線與SE22類似，限于篇幅未單獨(dú)列出。短期頻率穩(wěn)定度固定站坐標(biāo)模式最優(yōu)，動(dòng)態(tài)模式最差。平均時(shí)間1000s以上時(shí),固定站坐標(biāo)模式和靜態(tài)模式的頻率穩(wěn)定度幾乎一致。短基線授時(shí)三種模式的萬(wàn)秒穩(wěn)均進(jìn)入10-15量級(jí)，零基線授時(shí)三種模式的萬(wàn)秒穩(wěn)均進(jìn)入10-16量級(jí)。平均時(shí)間比較長(zhǎng)時(shí)，緩慢變化的系統(tǒng)誤差對(duì)頻率穩(wěn)定度的影響較為顯著。圖8中，短基線授時(shí)超過(guò)100000s時(shí)，動(dòng)態(tài)授時(shí)的頻率穩(wěn)定度更優(yōu)。原因可能是動(dòng)態(tài)授時(shí)模式解算的未知參數(shù)較多，能夠吸收部分緩慢變化的系統(tǒng)誤差。

圖8 SE22短基線雙頻RTK授時(shí)頻率穩(wěn)定度Fig.8 Frequency stability of short-baseline dual-frequency RTK timing for SE22

圖9 SE22零基線雙頻RTK授時(shí)頻率穩(wěn)定度Fig.9 Frequency stability of zero-baseline dual-frequency RTK timing for SE22

圖10所示為零基線授時(shí)結(jié)果的時(shí)間穩(wěn)定度。平均時(shí)間為10000s時(shí)，三種模式的時(shí)間偏差均優(yōu)于10ps。

圖10 SE22零基線雙頻RTK授時(shí)時(shí)間穩(wěn)定度Fig.10 Time stability of zero-baseline dual-frequency RTK timing for SE22

4 結(jié)論

針對(duì)北斗/GNSS RTK授時(shí)覆蓋范圍較小的問(wèn)題，提出了一種可以多區(qū)域覆蓋的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間RTK授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)。依托現(xiàn)有時(shí)間頻率和衛(wèi)星導(dǎo)航資源搭建了原型系統(tǒng)，并基于北斗三號(hào)新體制信號(hào)開展了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明：

1)基于光纖雙向時(shí)間頻率傳遞鏈路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間基準(zhǔn)站原子鐘的精準(zhǔn)實(shí)時(shí)駕馭，精度優(yōu)于0.15ns。

2)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)和固定站坐標(biāo)三種模式雙頻RTK授時(shí)結(jié)果一致性較好。動(dòng)態(tài)模式噪聲相對(duì)較大，固定站坐標(biāo)模式收斂時(shí)間最短。

3)短基線授時(shí)精度優(yōu)于0.2ns，萬(wàn)秒穩(wěn)可進(jìn)入10-15量級(jí)；零基線授時(shí)精度可達(dá)0.02ns，萬(wàn)秒穩(wěn)可進(jìn)入10-16量級(jí)。

標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間多區(qū)域RTK授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)具備技術(shù)可行性，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)于1ns的授時(shí)精度，可為多區(qū)域的短距離高精度動(dòng)態(tài)和靜態(tài)時(shí)間用戶提供技術(shù)參考。