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二十世纪六十年代至九十年代,世界各国相继开展了基于模拟电视体制的高精度时间频率传递技术研究工作,出台了模拟电视授时相关技术的系列标准,成功的将模拟电视授时推广应用于多个领域,满足了相关用户的时频需求。然而,进入九十年代后,数字通信技术和数字压缩技术得到迅速发展并日益成熟,在电视广播技术领域,数字电视开始取代模拟电视成为主流的电视广播体制,所以,基于模拟电视信号的授时方法已无法适用于当前的数字电视授时需求。 中科院国家授时中心于2008年开始研究基于数字卫星电视信号的高精度时间频率传递方法,主要攻克了电视信号传播时延测量、信号“自发自收”大环时延测量与预测、授时电文编码与插播等关键技术难题,充分验证了利用数字卫星电视信号进行授时的可行性。本论文主要基于上述相关研究基础,以数字卫星电视高精度授时技术方案及其关键技术为研究重点,以实现数字卫星电视的高精度授时服务为最终目的,完善并优化了数字卫星电视授时系统方案,设计了时间溯源子系统、电视卫星测定轨子系统和授时电文生成与插播子系统,开展了高精度时间溯源、电视信号上行时延测量与预测技术、电视转播卫星测定轨方法以及基于广域差分的数字卫星电视授时方法的研究,主要研究工作如下: (1)数字卫星电视授时系统总体方案的设计、完善与优化:主要基于对数字卫星广播电视系统组成结构及其信号体制的研究分析,设计了由高精度时间溯源、电视转播卫星测定轨和授时电文生成与插播和用户定时终端等四个子系统组成的数字卫星电视授时系统架构; (2)高精度时间溯源技术研究:采用卫星双向比对方法解决了时间溯源问题,建立了数字卫星电视信号上行站(南京)与UTC(NTSC)(临潼)之间的卫星双向比对链路,利用一小时双向测量数据实时建立钟差预测模型预测后一小时两站的钟差,实现高精度时间溯源,模型预测精度优于1ns(1σ); (3)电视信号上行时延测量与电文插播技术研究:通过上行站测量得到电视信号“自发自收”大环时延,结合卫星星历等信息实时建立电视信号上行时延预测模型;设计了包含时间溯源模型参数、卫星星历参数、上行时延预测模型参数的数字卫星电视授时电文格式,并且在不影响原有数字卫星电视信号误码率的前提下将授时电文插播到数字卫星电视信号中; (4)高精度电视卫星测定轨技术研究:基于对数字卫星电视系统特点及其信号体制特性的研究与分析,提出了“一发多收”电视转播卫星测定轨方法,同时结合国家授时中心现有资源,搭建了低成本、高精度的电视卫星测定轨子系统,包括南京上行主站和长春、喀什、昆明、临潼四个测轨副站,实现电视卫星精密星历的测量,仿真验证其定轨精度优于10m; (5)数字卫星电视广域差分授时方法研究:数字卫星电视信号上行时延预测精度依赖于大环时延测量精度和星历误差,论文针对卫星星历更新或卫星机动时,时延测量精度会受到星历跳动影响以致影响授时精度的缺点,提出了一种基于广域差分的数字卫星电视授时新方法,消除了上行时延模型预测误差,同时降低了时间溯源误差和卫星星历误差对授时精度的影响,进而实现数字卫星电视的高精度授时,同时还提高了授时系统的稳定性。测试结果表明基于广域差分技术的数字卫星电视授时精度优于10ns。 综上所述,数字卫星电视授时是对传统数字电视广播系统功能的拓展,其授时技术的研究、授时系统的建设及其应用将丰富我国的时间频率服务手段,提高我国时频服务的冗余性、可靠性与稳健性,其对我国时频体系建设有着重要的意义。本论文基于对数字卫星电视授时原理的研究,通过技术攻关解决了数字卫星电视授时的关键技术问题,进而优化完善了总体技术方案,并以此为指导完成了数字卫星电视授时试验系统建设,最后通过研制数字卫星电视定时接收机对系统功能与性能进行了测试,从而验证了本论文相关研究成果的正确性、可行性以及创新性。