高精度时间比对被广泛应用于通信、导航、航天、守时、授时等诸多重要领域,包括国际原子时(TAI)的计算,它是精密时间计量的基本工作之一,也是现代卫星无线电导航系统中关键技术之一。 中国科学院国家授时中心(NTSC)自1990年起陆续采用GPS 9301 SD(国产单频、单通道)、TTR-6(单频、单通道)、3S R100/30T(单频、多通道)接收机参加TAI时间比对,并于2003年自行研制了单频、多通道GPS共视接收机NTSCGPS-1,于2004年研制了双频、多通道GPS共视接收机NTSCGPS-2,目前NTSCGPS-1和NTSCGPS-2这二种接收机均被用于国家授时中心参加TAI比对观测。在我国,GPS共视技术应用广泛,包括一些涉及国家安全的关键领域,鉴于GPS的军事特性,不可过多的依赖GPS,这要求我们在利用GPS CV技术的同时,应积极地研究发展更安全、可靠的远地时间比对方法。目前在我国本土可利用的导航系统除GPS外,还有GLONASS及我国自主的北斗一号卫星导航系统,这为我们研究新的远地时间比对方法提供了基础,经过多年的调研分析,我们决定开展利用多个导航系统(GPS、GLONASS、北斗)进行远地时间共视比对方法的研究。本项目结合国内的现状和需求,研究基于多个导航系统(GPS、GLONASS、北斗)远地时间共视比对方法,同时进行 GPS CV、GLONASS CV、北斗 CV 远地时间比对,降低对 GPS、GLONASS 系统的依赖,提高我国远地时间比对的精度和可靠性、安全性;推进导航卫星共视时间比对技术发展,这对提高我国独立原子时 TA(NTSC)的稳定度和 UTC(NTSC)相对于国际标准时间 UTC 的准确度;增加时间服务内容,统一时间标准;促进国家发展通信、导航、航空、航天、守时、授时及国防建设等科学工程有重要意义。 本项目的研究利用普通商品化双频接收机(GPS、GLONASS、北斗)芯片(OEM)组合进行GPS CV、GLONASS CV和北斗CV远地时间比对。为避免不同接收机芯片间的相互干扰,在结构上采用并行、独立系统通道结构,对接收机芯片进行实时监测、控制,提高可靠性。通过研究利用多种卫星导航系统(GPS、GLONASS、北斗一号)组合进行远地时间比对的方法,降低了对 GPS 的依赖,提高了我国远地时间比对的精度和可靠性、安全性,而且基于利用多种卫星导航系统(GPS、LONASS、北斗一号)组合进行远地时间比对关键技术的研究,研制了一体化多系统时间传递接收机二套,进行了远程时间比对试验,试验结果表明: (1)该接收机可同时测量本地参考时间与多个导航卫星(播发或转发的)时间之差,可用于进行 GPS CV、GLONASS CV、北斗CV 远地时间比对。 (2)接收机在 GPS CV、GLONASSCV 和 BDCV 性能方面达到预期目标,GPS CV时间比对精度<2ns;GLONASS CV 时间比对精度<5ns; BD CV 时间比对精度<15ns。 (3)接收机时间溯源准确,其观测模式和数据处理方法符合国际相关规定,与现有时间传递接收机兼容。此外,项目组还结合国内的实际应用,开展了相关拓展研究。 具体研究成果如下: (1)进行了利用我国自主卫星导航系统北斗一号(BD)共视技术进行远程时间比对方法研究,结合 BD 系统播发的时间信号特点,研究了消除或削弱相关误差源的方法,实现了 BD 远程时间比对精度<15ns,较单站定时精度(100ns)有明显提高; (2)研究了多系统组合共视中的时间、坐标转换的方法和相互校验,提高了时间比对精度和可靠性; (3)利用载波相位观测值平滑伪距,有效地降低了伪距观测噪声,提高了GPS/GLONASS CV 精度; (4)对于 GLONASS 共视研究,国际上许多学者认为接收机内部延迟与所接收卫星信号频率有关,接收机观测不同 GLONASS 卫星,其内部延迟是不同的。通过研究表明,采用并行多通道结构的 GLONASS 接收机,可通过采用相同的频率基准作内部参考来提高其内部时延的稳定性和一致性,达到接收机内部时延不随所接收卫星信号频率不同而变化。这对 GLONASS 接收机的实际应用是非常有利的; (5)采用外部频率信号作为接收机的基准信号,可提高接收机内部参考时间的稳定性,并且不受被跟踪 GLONASS 卫星数增减影响,达到明显提高 GLONASS 共视比对精度的效果; (6)开展了利用 GPS 载波相位进行时间比对的研究,并申请到中国科学院的研究资助; (7)开展了研究利用我国二代卫星导航系统进行共视时间比对的技术问题,正在准备申请相关课题; (8)结合 GPSCV 在国际原子时 TAI 比对的现状,研究利用 GPS 定时数据评定天线坐标误差的方法,并根据天线坐标误差对观测结果进行修正,从而有效地改善了TAI GPS 共视比对的精度。 (9)在国内核心刊物发表论文 4篇,会议论文1篇,申请软件著作权3项。