GPS北斗衛星時鐘源（NTP網路時間源）技術引數詳解

GPS北斗衛星時鐘源（NTP網路時間源）技術引數詳解

京準電子科技官微——ahjzsz

1、有關時間的一些基本概念：

時間與頻率之間互為倒數關係，兩者密不可分，時間標準的基礎是頻率標準，由晶體振盪器決定時間的精度。

4種實用的時間頻率標準源包括

晶體鍾、銣原子鐘、氫原子鐘和銫原子鐘。

常用的時間座標系：世界時（UT）、地方時、原子時（AT）、協調世界時（UTC）、GPS時

時鐘源技術

時鐘振盪器是所有數字通訊裝置中最基本的部件，時鐘源技術可以分為普通晶體時鐘、高穩定晶振、原子鐘和晶片級原子鐘。

鎖相環技術

鎖相環技術是一種使得輸出訊號在頻率和相位上與輸入訊號同步的電路技術，利用鎖相環技術進入鎖定狀態或者同步狀態後，系統的振盪器輸出訊號與輸入訊號之間的相差為零。鎖相環技術是時鐘同步的核心技術。

模擬鎖相環由檢相器、環路濾波器和壓控振盪器3個部分組成。而數字鎖相環中的誤差控制訊號使用離散的數字訊號，而不是模擬電壓。智慧鎖相環路技術，即直接數字頻率合成（DDS-Digital Direct Frequency Synthesis）技術，在單片FPGA中就可以實現。

2、GPS時間是怎樣建立的？為了得到精密的GPS時間，使它的準確度達到<100ns（相對於UTC（USNO/MC））：

◆ 每個GPS衛星上都裝有銫子鍾作星載鍾；

◆ GPS全部衛星與地面測控站構成一個閉環的自動修正系統；

◆ 採用UTC（USNO/MC）為參考基準。GPS定位、定時和校頻的原理　　

（1）GPS定位原理：是基於精確測定GPS訊號的傳輸時延（Δt），以得到GPS衛星到使用者間的距離（R） R=C×Δt -----------------------

[1]（式中C為光速）同時捕獲4顆GPS衛星，解算4個聯立方程，可給出使用者實時時刻（t）和對應的位置引數（x、y、z）共4個引數。R={（Xs- Xu）2+（Ys-Yu）2+（Zs-Zu）}1/2 ----

[2]（式中Xs、Ys、Zs為衛星的位置引數；Xu、Yu、Zu為使用者的的位置引數）　　

（2）GPS定時原理：　　基於在使用者端精確測定和扣除GPS時間訊號的傳輸時延（Δt），以達到對本地鐘的定時與校準。GPS定時準確度取決於訊號發射端、訊號在傳輸過程中和接收端所引入的誤差，主要誤差有：◆ 訊號發射端：衛星鐘誤差、衛星星曆（位置）誤差；◆ 訊號傳輸過程：電離層誤差、對流層誤差、地面反射多路徑誤差；◆ 接收端：接收機時延誤差、接收機座標誤差、接收機噪聲誤差。　　

（3）GPS校頻原理：　　根據頻率和週期互為倒數的關係，可採用比時法（測時間間隔）的方法（以GPS的秒訊號為參考）來測量本地鐘的頻率準確度（Δf/f），以達到校頻的目的。Δf/f=（Δt2-Δt1)/(t2-t1) ------------ [3]（式中Δt2、Δt1分別為t2、t1時刻測得的本地鍾與GPS時的時差值）。4、進一步提高定時準確度的幾種途徑：

◆ 採用GPS雙頻、相位測量技術；

◆ 選用更高精度的GPS時間傳遞接收機；

◆ 採用GPS共視法比對技術與衛星轉發雙向法技術。

3、GPS在時頻領域的應用

1、國際時間標準的協調與建立：　　

從二十世紀八十年代末，國際計量局（BIPM）的時間部，就開始正式採用標準化的GPS共視比對方法，把全世界幾十個守時中心的主鍾溝通起來，並建立了準確度最高的國際原子時（TAI）和國際協調世界時（UTC/BIPM）。我國有三個實驗室參加了國際時間標準的協調，它們是：　　中國科學院陝西天文臺（CSAO）、國家計量研究院（NIM）、航天無線電計量測試研究所（BIRM）

2、新型時頻計量傳遞系統的建立

（1）傳統時頻計量傳遞的特點：

◆ 一般是按國家級計量單位、一級計量站、二級計量站和使用單位四級逐級傳遞；

◆ 受檢時頻標準源或儀器裝置必須往返搬運，檢定校準後的狀態在搬運中難免受到破壞；◆ 傳統的時頻計量一般只能按檢定週期（一般為一年）進行，難以進行經常性和實時的計量測試。

（2）通過採用GPS共視法時間比對和網際網路技術，可以建立不需搬運的、實時的、完全新型的時頻遙遠校準系統。