北斗导航 | 现代授时技术——北斗GPS导航系统

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1、发展

        说到授时,不得不说的是时间这个物理量,那么什么是时间呢?时间是表征物质运动的物理量,也是当前测量精度最高的物理量。当然,也是现代信息社会的基本要素。其包含了时刻和时间间隔两层含义。与时间紧密对应的就是频率了,可以使用电磁波的传播表征它们的信号。

        标准时间频率信号可以作为实用信息(导航、定位、信息反演等)的传递载体,直接服务于用户

        国际统一的标准时间——协调世界时(UTC)、国际原子时(TAI)

        授时:将标准时间信号传递给用户,是时间同步应用的关键。通信是授时的基础,有一种通信手段,就对应一种授时手段。

        低频电报、短波通信、微波中继通信、广播、电视、卫星等 —VS— 低频时码授时、长波(导航)授时、短波授时、电视授时、卫星授时、电话授时、计算机网络协议授时等。

        中科院国家授时中心(CNTSC)开展的授时服务——低频时码授时(BPC)、长波授时(BPL)、[1970年建成]短波授时(BPM)、电话授时、计算机网络协议授时(NTP)等。

1.1 短波授时(BPM)

        频率范围:3~30MHz

        依靠电离层反射传播的天波是短波授时信号的主要传播方式。

        国际电信联盟规定,用于短波授时的频率和带宽分别为:2.5MHz\pm5kHz、5MHz\pm5kHz、10MHz\pm5kHz、15MHz\pm10kHz、20MHz\pm10kHz、25MHz\pm10kHz

        主要技术特征:该系统主要由溯源于UTC的守时系统、基准传递系统、时频监控系统、发射控制系统、发射系统等组成。

        BPM授时信号以1小时为周期重复发播UTC、UT1时号以及载波、发播台ID识别信号。

        BPM呼号(29~30m, 59~60/小时 ,其中, BPM 呼号前 40 秒为 BPM 莫尔斯电码,后 20s 为语言呼号(女声:BPM 标准时间标准频率发播台))——UTC时号——UT1时号:UT1与UTC时号偏差一般为5usUTC信号采用正弦波形,即时刻起点为零相位,格式如:

        UTC秒信号是用标准音频1kHz信号中的10个周波去调制其发射载频产生长度为10ms的音频信号,第一个周波的起点为整秒参考点;

        UTC整分信号使用1KHz 的标准音频信号中的300个周波调制其发射载频以产生长度为300ms的音频信号,其起点(零相位)为UTC的整分起点,波形图如3

        UT1 信号仍采用正弦波形,时刻起点为零相位。  UT1秒信号采用的是1kHz音频信号的100个周波调制载频以产生长度为  100ms的调制信号,两个时号的起点之间的间隔是UT1的1秒,信号波形图如图4所示。

        UT1整分信号和UTC整分信号一样,采用300个周波去调制载频形成300ms的音频调制信号,其起点(零相位)为协调时的整分起点,波形图如图5所示。

        BPM发播程序每半个小时为一个周期,如表  1

        授时精度与范围:

        1)、UTC发播时刻准确度由于 \pm50us

        2)、载频信号准确度由于1X10-12

        3)、UT1时号的发播时刻与UT1预报时刻的偏差在 \pm300us内

        4)、天线辐射功率大于10kw

        5)、信号覆盖半径为0~3000km

        应用:数字化短波接收机主要由射频接收前段、信号检测与处理、时延修正等部分组成

1.2 长波授时(BPL)

待续。。。。。。。。。。。。。

参考书目《北斗授时技术及其应用》

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