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卫星授时系统介绍

时间:2026-01-29 09:12:11  来源:中国科学院国家授时中心  作者:

        卫星导航系统授时是最重要的授时方法,卫星授时具有覆盖范围广、开放性强及可为移动用户服务的特点,单向授时精度最高约为 15ns。目前的 GNSS 导航系统有美国的 GPS 系统、俄罗斯的 GLONASS 系统、欧洲的 Galileo 系统以及中国的北斗全球卫星导航系统,统称为全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System, GNSS),GNSS 旨在为全球用户提供定位,导航和授时服务。卫星导航系统在提供导航定位的同时,也提供一种高精度的授时手段。
     (1)转发式卫星授时
      地面主控站利用地面高稳定度原子钟作为时钟基准生成专用伪码信号和载波信号,采用扩频码的信号体制,通过卫星转发完成定位授时功能,转发式的授时精度可达 3~5 ns。

转发式授时基本原理图
图1:转发式授时基本原理
 

转发式系统图
图2:转发式系统图

 

        (2)基于BDS卫星的标准授时

        BDS两大主要功能:标准定位和授时。标准定位和授时是指基于伪距测量并使用广播电文来实现的定位和授时, 接收机只要收到1颗以上卫星信号,就可以得到用户接收机钟与 BDST的钟差,这种单向法时间传递准确度约在几十纳秒量级。

基于BDS卫星的标准授时示意图
图3:基于BDS卫星的标准授时示意图

 

        (3)基于共视原理的BDS卫星授时

        基于共视原理的BDS卫星授时,是监测 BDS广播的时间与UTC(NTSC)的时差并实时广播,用户利用BDS单向授时测量本地时间与BDS广播时间的偏差,基于NTSC的监测数据,进而完成单向授时,通过单向授时和数据改正实现了与国家标准时间的共视,授时精度3-5ns。

基于共视原理的授时方法原理图
图4:基于共视原理的授时方法原理图

 

        (4)基于BDS卫星导航系统的精密授时

          基于iGMAS平台归算以 UTC(NTSC)为参考的BDS实时星钟差产品,用户通过实时PPP时间传递方法实现精密授时,得到用户与标准时间 UTC(NTSC)的钟差,静态授时精度为亚纳秒量级。

PTS授时原理
图5:PTS授时原理

 

       (5)TWSTFT技术

        TWSTFT(Two Way Satellite Time and Frequency Transfer),卫星双向时间频率传递,一种通过地球同步通信卫星进行时间频率量值传递的方法,双方各自向卫星发射调制有时间信息的信号,由卫星转发后互相接收对方信号并解调时间信息,分别与本地时间信号进行时差测量,经数据交换后计算得到时间频率传递结果。
        TWSTFT方法中信号传递路径对称,链路上所有传播路径的时延几乎都可以抵消。目前, TWSTFT准确度可达500~750ps,稳定度可达200ps。

TWSTFT技术原理图
图6:TWSTFT技术原理图