民航衛星導航系統中的同步技術

熊 力 中國民用航空飛行學院 四川廣漢 618300

民航衛星導航系統中的同步技術

熊 力 中國民用航空飛行學院 四川廣漢 618300

時間同步是民航衛星導航定位的主要環節，民航衛星導航定位系統的時間同步主要包含了衛星與地面的同步、地面站之間的同步，進行同步的方式主要有雙向時間頻率傳遞方式，使用在衛星與地面的同步中；TWSTFT技術，使用在地面站之間的同步；衛星共視法、搬運鐘法等多種方式。本文介紹了衛星導航系統同步技術的原理與多種實現衛星當行同步的技術，并對每種技術進行了詳細的分析，重點講述了衛星共視法與TWSTFT以及搬運鐘法的實現原理，與精度分析。

民航；衛星導航；同步技術

0　前言

衛星導航是現代社會發展中重要的需求元素，在民航組織對全新航行系統概念的推行中，民航開始加強了對衛星導航系統的的使用，但是在現階段的發展下，為民航提供有效導航服務的知識GPS系統。衛星導航定位的使用中不需要涉及到時間的同步問題，但是在導航系統建設與運行以及維護中，時間的同步是衛星導航定位系統的主要技術，將直接影響到系統的導航與定位以及授時精度，是在進行為系統設計中的關鍵問題。

1　衛星導航系統同步技術的原理

1.1時間同步技術的發展

衛星定位主要包括測角定位和距定位兩種，按照衛星數量與定位的原理的不同，測距定位包括了單星定位、雙星定位、多星定位三種。根據測距定位的角度，全部的衛星觀測量都需要集中至一個固定的時間點上，而這個固定的時間點被稱為系統時。衛星定位系統的系統時以時間同步的時間為標準，正常情況下這個系統時是建立在地面上的主控站中組。

1.2時間同步技術的作用

衛星導航定位系統需要機器精準的時間同步，對于時間上出現的誤差限制在幾納秒之內，對于此類如此精確的要求，即便現在工作效率最高的銫鐘，在長期的工作也會存在時間上的誤差，其誤差已經超過了衛星定位系統所限制的誤差范圍，不能夠完全符合衛星定位對時間誤差的要求。面對此種情況需要使用時間同步技術獲取地面上的衛星鐘差參數，再將所取得的鐘差參數通過導航電文播發給正在使用此系統的用戶，使用戶通過鐘差調整的參數與模型，對鐘差進行重新核算與修正。衛星鐘能夠直接顯示衛星導航系統信號的時標，而衛星導航修通中所運用的衛星鐘，走時不能夠確保穩定性，因此會出現衛星鐘漂移的情況。為確保衛星信號產生主動的物理時間與頻率標準，需要減少對影響該標準的物理因素進行調節，這時便需要使用衛星導航定位的時間同步技術，從而減少不同因素對衛星鐘漂移的影響。

2　TWSTFT

雙向時間傳遞法時間同步技術的具體所指是，同步的兩個導航設備分別測量對方測距信號到達本地的時間與本地整秒時間的時間差，再通過兩個時間差的相減，計算出兩個導航設備的鐘差，按照計算出的鐘差對其中一個設備進行本地鐘的叼著那個，從而實現兩個設備的時間同步。TWSTFT的時間同步精度取決于兩站設備的測量誤差，因為設備的時延可以進行精確測定或者進行調整，正常的調整范圍小于1ns，偽距測量誤差的結果受限與測量設備的接收信號噪比與動態性能，所以相對靜止狀態的地面站，體積將不受到限制。此外，因為要求雙向傳播路徑的延遲幾乎一致，所以需要經由地面站之間同步衛星進行雙向時間頻率的傳遞，確保因衛星的移動所形成的路徑延遲差最小。

3　衛星共視

衛星共視法所指的是兩個地面站一起觀測一個衛星的信號，并進行分別測量衛星信號到達地面站時刻與地面站整秒時刻的時間差，將觀測所得的時間差進行相減，將所得數值作為兩個地面站的鐘差，按照鐘差對其中一個地面站進行本地鐘的調節，完成兩個地面站的時間同步。衛星公式方式的同步精度取決于△1、△2、 tAA、 tBB的測量誤差，因其測量的誤差受限與測量設備的接受信噪比與動態性能，所以處于行對靜態的地面站動態性比較小，體積不受到限制。

4　鐘差外推與預報

衛星導航定位的系統建設中，各個地面站之間的觀測數據與衛星的觀測數據是經由中心站進行集中處理的，地面站與主控站間可以使用不同的通信手段進行聯系，所以地面站與地面站之間不需要進行外推計算。衛星是繞著地球在不斷進行著運行活動，受到地面監測站所定范圍的限制，衛星鐘的誤差的測量是不能夠進行連續測量的，在不可控制的范圍內，衛星鐘與導航系統時間的同步需要通過衛星鐘自己進行維持。例如衛星鐘的秒穩是10-1.1小時的鐘漂達到36ns，極大的超出了導航定位對事件同步的精度要求。所以衛星導航定位系統通常要對衛星鐘差使用外推計算，通過計算得出的衛星鐘與地面鐘的參數以鐘差預報的形式為使用系統的用戶轉達。衛星鐘差預報精度取決于衛星鐘差的觀測精度，鐘差的觀測時間長則預報的效果就會好。在同一個觀測的條件下，鐘差的預報精度取決與衛星鐘的運行特點。

5　結論

伴隨著衛星導航定位在不同行業中的使用，時間同步技術也得到了不斷的發展，尤其是在民航衛星導航系統中的運用。就衛星導航定位自身而言是不需要涉及到時間同步技術的，但是衛星導航定位進行維護的過程中，時間同步技術則稱為關鍵的技術，需要作為主要的考慮因素。在導航定位系統不斷的發展的環境下，大力的發展時間同步技術也是必要的工作，提升控制時間的精準度與精密性，是現代衛星導航系統行業中未來發展的主要方向。全文介紹了衛星導航系統對時間的精度要求，同時介紹了時間同步技術對于衛星導航系統的重要作用。

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