基于GEO卫星的转发式共视授时方法试验研究

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本文深入研究了基于地球静止轨道(GEO, geostationary orbit)通信卫星的转发式共视授时方法(Common-view time transfer with transfer mode,缩写为TCV)。该方法可以在该GEO卫星覆盖的广大区域内,将守时实验室的时间(例如国家授时中心保持的国家标准时间)高精度的传递给用户。守时实验室配备发射和接收设备及天线,并以守时实验室的主钟为外参考。守时实验室的发射设备产生伪码测距信号,并使用抛物面天线向GEO卫星发射,经卫星转发后向地面广播。静态的用户定时接收机接收卫星信号,并进行伪距测量。同时守时实验室的接收设备以守时实验室主站为外参考,也进行伪距测量。对用户定时接收机的伪距测量数据,和守时实验室的伪距测量数据,进行共视数据处理,可以得到用户接收机时钟与守时实验室主钟的钟差,即可实现转发式共视授时。这种方法要求事先精确已知静态定时接收机的天线坐标,并知道GEO卫星的高精度轨道位置等。本文深入研究了TCV方法中的系统误差改正方法中科院国家授时中心保持了中国的国家标准时间UTC(NTSC)。利用中科院国家授时中心的C波段卫星双向时间比对网(下文简称TW(C)),我们开展了转发式共视授时的试验。位于国家授时中心的TW(C)设备同时使用其发射和接收功能,而位于乌鲁木齐的TW(C)设备只用到其接收功能,即作为定时接收机使用。授时中心主钟使用HP5071ACs原子钟,乌鲁木齐站配置OSA5585PRS Cs原子钟,双向比对终端设备使用了德国Timetech公司的SATRE MODEM,伪码码率使用20MChips,试验使用了中国的鑫诺一号GEO通信卫星(东经110.5度)。在共视数据处理中,发射站和接收站的坐标均事先精确已知,卫星轨道来自于中科院的转发式测定轨系统,轨道精度在米级水平,定轨残差约为10cm。另外在数据处理中扣除了Sagnac效应的影响,扣除了电离层时延、对流层时延等系统误差的影响,但并未扣除设备时延。我们将共视比对的结果与双向比对的结果进行比较。目前TWSTFT方法准确度可达500~750ps,稳定度可达200ps。结果表明:在忽略设备时延的情况下,二者在5天内的吻合程度约为1ns。这一结果显著高于GPS的远距离伪码共视比对精度(3~5ns)。
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