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近年来随着科学技术的发展,对时间频率的精度有着更高的要求。与此同时,伴随着扩频技术的不断提高,利用卫星进行时间频率传递得到了广泛的应用。卫星双向法时间频率比对技术作为目前比对精度最高的远距离时间传递技术,其比对精度优于1ns,个别链路比对精度达到0.3ns。
随着中国计量科学研究院成功构建时间频率国家基准——铯原子喷泉钟,传统的GPS共视法已经很难满足现在的需求。因此,构建比对精度更高的卫星双向法时间频率比对系统具有迫切的现实意义。一方面,它为中国计量科学研究院开展高精度的守时和授时工作提供了有力的保证;另一方面,系统的成功构建为更好的参加国际原子时合作具有重要的意义。
本文从卫星双向法的基本原理出发,针对时间频率传递过程,进行了比对数据处理算法分析。在此基础上,为了更好的提高比对精度,对时间频率比对过程中主要误差来源进行了研究。同时,根据国际计量局(BIPM)的要求,总结了构建卫星双向法时间频率比对系统的实施方案。
本文主要成果如下:
(1)结合卫星双向法时间频率信号的传递路径,对比对过程中引入的误差来源进行了研究。在此基础上,分析了各项误差来源对比对精度的影响,构建相关模型,对主要误差时延进行修正,提高了时间的比对精度。
(2)根据卫星双向法比对系统的特性,结合BIPM对卫星地面站的要求,提出卫星双向法时间频率比对系统的设计方案。此外,从系统的组成入手,构建卫星地面站,根据传输信号与接收信号质量,设定相关参数,确保时间频率比对实验的顺利进行。针对大量的比对数据,编写数据处理软件和自动控制软件,提高系统性能。
(3)根据BIPM卫星双向法比对时间表,开展卫星双向法比对实验。实验表明,该系统较传统的GPS共视法在比对精度方面有了很大的提高,可以在0.5ns左右,同其它实验室比对结果相比,达到了卫星双向法比对系统的一般水平。但是由于本系统中采用的自由运行商用铯钟,长期运行稳定性较差。若采用国家时间基准—铯原子喷泉钟,时间比对精度和稳定度仍有提高的空间。