北斗導航 | 現代授時技術——北斗GPS導航系統
1、發展
說到授時,不得不說的是時間這個物理量,那麼什麼是時間呢?時間是表徵物質運動的物理量,也是當前測量精度最高的物理量。當然,也是現代資訊社會的基本要素。其包含了時刻和時間間隔兩層含義。與時間緊密對應的就是頻率了,可以使用電磁波的傳播表徵它們的訊號。
標準時間頻率訊號可以作為實用資訊(導航、定位、資訊反演等)的傳遞載體,直接服務於使用者。
國際統一的標準時間——協調世界時(UTC)、國際原子時(TAI)
授時:將標準時間訊號傳遞給使用者,是時間同步應用的關鍵。通訊是授時的基礎,有一種通訊手段,就對應一種授時手段。
低頻電報、短波通訊、微波中繼通訊、廣播、電視、衛星等 —VS— 低頻時碼授時、長波(導航)授時、短波授時、電視授時、衛星授時、電話授時、計算機網路協議授時等。
中科院國家授時中心(CNTSC)開展的授時服務——低頻時碼授時(BPC)、長波授時(BPL)、[1970年建成]短波授時(BPM)、電話授時、計算機網路協議授時(NTP)等。
1.1 短波授時(BPM)
頻率範圍:3~30MHz
依靠電離層反射傳播的天波是短波授時訊號的主要傳播方式。
國際電信聯盟規定,用於短波授時的頻率和頻寬分別為:2.5MHz5kHz、5MHz5kHz、10MHz5kHz、15MHz10kHz、20MHz10kHz、25MHz10kHz。
主要技術特徵:該系統主要由溯源於UTC的守時系統、基準傳遞系統、時頻監控系統、發射控制系統、發射系統等組成。
BPM授時訊號以1小時為週期重複發播UTC、UT1時號以及載波、發播臺ID識別訊號。
BPM呼號(29~30m, 59~60/小時 ,其中, BPM 呼號前 40 秒為 BPM 莫爾斯電碼,後 20s 為語言呼號(女聲:BPM 標準時間標準頻率發播臺))——UTC時號——UT1時號:UT1與UTC時號偏差一般為5us,UTC訊號採用正弦波形,即時刻起點為零相位,格式如:
UTC秒訊號是用標準音頻1kHz訊號中的10個周波去調製其發射載頻產生長度為10ms的音訊訊號,第一個周波的起點為整秒參考點;
UTC整分訊號使用1KHz 的標準音頻訊號中的300個周波調製其發射載頻以產生長度為300ms的音訊訊號,其起點(零相位)為UTC的整分起點,波形圖如3
UT1 訊號仍採用正弦波形,時刻起點為零相位。 UT1秒訊號採用的是1kHz音訊訊號的100個周波調製載頻以產生長度為 100ms的調製訊號,兩個時號的起點之間的間隔是UT1的1秒,訊號波形圖如圖4所示。
UT1整分訊號和UTC整分訊號一樣,採用300個周波去調製載頻形成300ms的音訊調製訊號,其起點(零相位)為協調時的整分起點,波形圖如圖5所示。
BPM發播程式每半個小時為一個週期,如表 1
授時精度與範圍:
1)、UTC發播時刻準確度由於 50us
2)、載頻訊號準確度由於1X10-12
3)、UT1時號的發播時刻與UT1預報時刻的偏差在 300us內
4)、天線輻射功率大於10kw
5)、訊號覆蓋半徑為0~3000km
應用:數字化短波接收機主要由射頻接收前段、訊號檢測與處理、時延修正等部分組成
1.2 長波授時(BPL)
待續。。。。。。。。。。。。。
參考書目《北斗授時技術及其應用》