北斗同步时钟(GPS授时系统)技术原理说明
北斗同步时钟(GPS授时系统)技术原理说明
1、关于时间的一些基本概念：
(1)、时间(周期)和频率：
相互呈倒数关系，两者密切相关，时间基准的基础是频率基准，因此也有人称晶体振荡器为“时基振荡器”。 时钟由频率刻度、分频电路和钟面显示装置构成。
)2)、4种实用的时频标准源(简称时钟) :
晶体钟
铷原子钟
氢原子钟
铯原子钟
(3)、常用时间坐标系：
时间概念包括时间(点)和时间间隔(段)。 时间系统(时间坐标系)由作为时间的起点和时间尺度的单位的秒定义(地球秒和sddfg )构成。 常用时间坐标系：
世界时(UT ) )。
地方
原子钟(AT )。
协调世界时(UTC )。
GPS时
(4)、定时、时间同步和守时：
定时(指根据基准时间标准校准本地时钟的过程)； 上课时(指用适当手段播放标准时间的过程)；
时间同步(指母钟与子钟之间时间一致的过程，也称为时间统一或简称时统)；
(守时)是指当地时钟维持校准标准时间的过程，国内外守时中心一般采用由铯原子钟和氢原子钟组成的守时组来守时。 严守时间组时钟长期运行性能最好的是主时钟(MC )。
2、GPS时间是怎么制作的？
为了得到精密的GPS时间，将其精度设定为100n s (相对于utc (usno/MC ) ) :
所有GPS卫星上都装有铯表；
GPS全卫星和地面观测站构成闭环自动修正系统；
采用utc(usno/MC )作为参考标准。
3、GPS定位、定时和频率校正原理
(1)、GPS定位原理)基于正确测定GPS信号的传输延迟(t )，得到从GPS卫星到用户的距离(r ) r=ct----- ) ) )式中，c为光速r=Xu、Yu、Zu是用户的位置参数)
(2)、GPS时序原理：
基于客户端准确测量并扣除的GPS时间信号传输延迟(t )，实现本地时钟定时和校准。 GPS时序的精度取决于信号发送端、信号发送过程中、接收端引入的误差，主要误差如下。
信号发送端(卫星时钟误差、卫星星历(位置)误差；
信号传输过程：电离层误差、对流层误差、地面反射多径误差；
接收端)接收机延迟差、接收机坐标误差、接收机噪声误差。
) 3、GPS校准原理：
由于频率和周期相互呈倒数关系，为了频率校正的目的，测量本地时钟的频率精度(f/f )可以参考时间比法(测量间隔)的方法(GPS的秒信号)。 f/f=(T2 -T1 )/(t2-t1 )----) )式中，T2、t1分别是在时刻T2、t1测定的本地钟表与GPS时的时刻差.
4、进一步提高定时精度的几种方法：
采用GPS双频、相位测量技术
选择更高精度的GPS时间传递接收机；
采用GPS共视法比对技术和卫星传输双向法技术。
GS在时频领域的应用
1、协调和建立国际时间标准：
从20世纪80年代末开始，国际计量局(BIPM )时间部开始正式采用标准化的GPS共视比对方法，沟通全球几十个守时中心的主时钟，建立了精度最高的国际原子钟(TAI )和国际协调世界时(UTC/BIPM )。 我国有三个实验室参加了国际时间标准的协调，它们是：
中国科学院陕西天文台(CSAO )；
国家计量研究院(NIM )；
航天无线电测量测试研究所(BIRM ) )。
2、新型时频测量传递系统的建立
(1)、传统时频测量传递特点：
一般按国家级计量单位、一级计量站、二级计量站和使用单位四级交接；
检测时频标准源或仪器设备必须往返搬运，检测校准后的状态在搬运过程中不可避免地受到破坏；
传统的时频测量一般只在检定周期(一般为1年)进行，很难进行稳态实时的测量测试。
)2)采用GPS共视法时间比对和网络技术，可以建立无需搬运的实时、完全新型的时频远程校准系统。
3、GPS时间同步技术在电信、电力和铁路领域的应用：
我国通信网基本数字化，为了保证整个通信网络的正常运行，提高网络服务质量，增强网络功能，通信网必须采用高精度的时间同步技术。 目前，我国通信网采用同步四级时钟(铯原子钟、铷原子钟、高稳定晶体钟和普通晶体钟)分级时间的方法。 随着通信技术的发展，对通信网时间同步精度的要求越来越高。 这种逐步时间同步的方法已经不能满足要求。 因为
此，我国的通信网迫切需要采用GPS时间同步技术。GPS时间同步技术的优点：精度高、可靠性好、成本较低。②GPS时间同步技术在电力供电系统、铁路运输系统也有广阔的应用前景。
结语:
从以上的论述可以看出：GPS卫星信号是一种十分重要的全世界可共享的信息源，GPS信息可以提供精确的定位、定时和校频，GPS时间同步技术在国际时间频率的协调、新型时频计量传递系统建立、数字通信系统、电力和供电系统、铁路运输系统以及许多其他领域都有广阔的应用前景。