环球体育

GPS如何授时?gps授时系统授时的原理

2020-03-30 11:06:03 admin 0


  GPS如何授时?gps授时pps怎么用?GPS授时系统授时原理又是什么?针对这些疑问我们下面来介绍一下。

  GPS授时系统是一个由美国国防部开发的空基全天侯导航系统,GPS授时系统用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求。


  GPS授时系统实施的是“到达时间差”(时延)的概念:利用每一颗GPS卫星的精确位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。


  在GPS授时系统观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差,在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响,在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱,因此定位精度将大大提高,双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分,在精度要求高,接收机间距离较远时(大气有明显差别),应选用双频接收机。


  按定位方式,GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式,它只能采用伪距观测量,可用于车船等的概略导航定位。相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法,它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量,大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。


  GPS卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号,供GPS接收机接收。由于传输的距离因素,接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时 刻延迟,通常称之为时延,因此,也可以通过时延来确定距离。GPS卫星和GPS接收机同时产生同样的伪随机码,一旦两个码实现时间同步,接收机便能测定时延;将时延乘 上光速,便能得到距离。


   每颗GPS授时卫星上的计算机和导航信息发生器非常精确地了解其轨道位置和系统时间,而全球监测站网保持连续跟踪卫星的轨道位置和系统时间。位于科罗拉 多州施里弗(Schriever)空军基地内的主控站与其运控段一起,至少每天一次对每颗GPS卫星注入校正数据。注入数据包括:星座中每颗卫星的轨道位 置测定和星上时钟的校正。这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的,可在几个星期内保持有效。


  GPS授时系统授时原理是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。这些星钟一般来讲精确到世界协调时(UTC)的几纳秒以内,UTC是由海军观象台的“主钟”保持的,每台主钟的稳定性为若干个10-13秒。GPS卫星早期采用两部铯频标和两部铷频标,后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常,在任一指定时间内,每颗卫星上只有一台频标在工作。我们想要得到高精度的导航定位结果,就需要对时间测量得很准的设备,这个在卫星上主要是通过星载原子钟得到的,星载原子钟包括氢原子钟、铷钟等设备,原子钟的原理是:原子中的电子从一个能级跃迁到另一个能级的时候频率很稳定,以这个频率作为钟摆就能得到非常精准的时间。


  这个时钟能够让各个卫星之间保持高精准的时间同步,并且各自的时间起始时刻能够对的很准。考虑到用户和卫星的钟差,所以通常至少需要四颗卫星才能实现导航定位,而当用户解算出来自己和卫星的钟差之后就可以校正自己本地的时钟,将其和卫星的非常精准的时钟同步到同一个时刻,这个过程也叫做授时。

  GPS授时原理是在任意时刻能同时接收其视野范围内4~8颗卫星的信号,其内部硬件电路和软件通过对接收到的信息进行编码和处理,能从中提取并输出两种时间信号:一个是间隔为1秒的同步脉冲信号1PPS,其脉冲前沿与UCT的同步误差不超过1ns,二是包括在串口输出信息中的UCT绝对时间(年、月、日、时、分、秒),它是与1PPS脉冲想对应的。一旦天线位置固定下来,GPS授时只需要接收一颗卫星的信号变可维持其精密的时间输出。


下面以北斗时频的XBD211 NTP网络时间服务器为例介绍GPS授时系统的授时原理:


  XBD211-XO (GPS+北斗+恒温晶振)网络时间服务器是为大、中型局域网设备提供精确、标准、安全、稳定的多功能网络时间同步服务的最佳解决方案, XBD211-XO (GPS+北斗+恒温晶振)网络时间服务器采用高精度GPS/北斗双模授时接收机,提供精确的秒同步时钟信号,并由GPS/北斗授时接收机秒信号驯服校准,内置高稳定度恒温晶振,并由GPS/北斗授时接收机秒信号驯服校准,守时精度实现日漂移10微秒,XBD211-XO (GPS+北斗+恒温晶振)网络时间服务器采用软硬件协同的网络安全技术,标准的NTP和SNTP网络对时协议,工业级服务器主板,同时还可支持串口授时、1PPS脉冲信号输出,B码输出等功能。



  XBD211-XO (GPS+北斗+恒温晶振)网络时间服务器提供的高精度的网络同步时钟直接溯源于GPS/北斗系统中各个卫星的原子钟(也可以根据用户的要求选择其他卫星授时系统作为时间的基准源),设备由高精度高灵敏度授时型GPS接收机、高可靠性工业级服务器主板、高亮度OLED液晶显示屏和高品质1U工业机箱等部件组成, XBD211-XO (GPS+北斗+恒温晶振)网络时间服务器采用高效的嵌入式Linux操作系统,配合北斗时频自主知识产权的卫星授时、网络同步、频率测控等技术,XBD211-XO (GPS+北斗+恒温晶振)网络时间服务器系统整体功耗小,采用无风扇设计,运行可靠稳定,可以为计算机网络、计算机应用系统、流程控制管理系统、电子商务系统、网上B2B系统以及数据库的保存及维护等系统需要提供精密的标准时间信号和时间戳服务,已经被成功应用于政府金融、移动通信、公安、石油、电力系统、交通能源、工业以及航空航天测控等领域。

 


标签:   GPS授时系统 GPS授时原理