民航卫星导航系统中的同步技术

熊 力 中国民用航空飞行学院 四川广汉 618300

民航卫星导航系统中的同步技术

熊 力 中国民用航空飞行学院 四川广汉 618300

时间同步是民航卫星导航定位的主要环节，民航卫星导航定位系统的时间同步主要包含了卫星与地面的同步、地面站之间的同步，进行同步的方式主要有双向时间频率传递方式，使用在卫星与地面的同步中；TWSTFT技术，使用在地面站之间的同步；卫星共视法、搬运钟法等多种方式。本文介绍了卫星导航系统同步技术的原理与多种实现卫星当行同步的技术，并对每种技术进行了详细的分析，重点讲述了卫星共视法与TWSTFT以及搬运钟法的实现原理，与精度分析。

民航；卫星导航；同步技术

0　前言

卫星导航是现代社会发展中重要的需求元素，在民航组织对全新航行系统概念的推行中，民航开始加强了对卫星导航系统的的使用，但是在现阶段的发展下，为民航提供有效导航服务的知识GPS系统。卫星导航定位的使用中不需要涉及到时间的同步问题，但是在导航系统建设与运行以及维护中，时间的同步是卫星导航定位系统的主要技术，将直接影响到系统的导航与定位以及授时精度，是在进行为系统设计中的关键问题。

1　卫星导航系统同步技术的原理

1.1时间同步技术的发展

卫星定位主要包括测角定位和距定位两种，按照卫星数量与定位的原理的不同，测距定位包括了单星定位、双星定位、多星定位三种。根据测距定位的角度，全部的卫星观测量都需要集中至一个固定的时间点上，而这个固定的时间点被称为系统时。卫星定位系统的系统时以时间同步的时间为标准，正常情况下这个系统时是建立在地面上的主控站中组。

1.2时间同步技术的作用

卫星导航定位系统需要机器精准的时间同步，对于时间上出现的误差限制在几纳秒之内，对于此类如此精确的要求，即便现在工作效率最高的铯钟，在长期的工作也会存在时间上的误差，其误差已经超过了卫星定位系统所限制的误差范围，不能够完全符合卫星定位对时间误差的要求。面对此种情况需要使用时间同步技术获取地面上的卫星钟差参数，再将所取得的钟差参数通过导航电文播发给正在使用此系统的用户，使用户通过钟差调整的参数与模型，对钟差进行重新核算与修正。卫星钟能够直接显示卫星导航系统信号的时标，而卫星导航修通中所运用的卫星钟，走时不能够确保稳定性，因此会出现卫星钟漂移的情况。为确保卫星信号产生主动的物理时间与频率标准，需要减少对影响该标准的物理因素进行调节，这时便需要使用卫星导航定位的时间同步技术，从而减少不同因素对卫星钟漂移的影响。

2　TWSTFT

双向时间传递法时间同步技术的具体所指是，同步的两个导航设备分别测量对方测距信号到达本地的时间与本地整秒时间的时间差，再通过两个时间差的相减，计算出两个导航设备的钟差，按照计算出的钟差对其中一个设备进行本地钟的叼着那个，从而实现两个设备的时间同步。TWSTFT的时间同步精度取决于两站设备的测量误差，因为设备的时延可以进行精确测定或者进行调整，正常的调整范围小于1ns，伪距测量误差的结果受限与测量设备的接收信号噪比与动态性能，所以相对静止状态的地面站，体积将不受到限制。此外，因为要求双向传播路径的延迟几乎一致，所以需要经由地面站之间同步卫星进行双向时间频率的传递，确保因卫星的移动所形成的路径延迟差最小。

3　卫星共视

卫星共视法所指的是两个地面站一起观测一个卫星的信号，并进行分别测量卫星信号到达地面站时刻与地面站整秒时刻的时间差，将观测所得的时间差进行相减，将所得数值作为两个地面站的钟差，按照钟差对其中一个地面站进行本地钟的调节，完成两个地面站的时间同步。卫星公式方式的同步精度取决于△1、△2、 tAA、 tBB的测量误差，因其测量的误差受限与测量设备的接受信噪比与动态性能，所以处于行对静态的地面站动态性比较小，体积不受到限制。

4　钟差外推与预报

卫星导航定位的系统建设中，各个地面站之间的观测数据与卫星的观测数据是经由中心站进行集中处理的，地面站与主控站间可以使用不同的通信手段进行联系，所以地面站与地面站之间不需要进行外推计算。卫星是绕着地球在不断进行着运行活动，受到地面监测站所定范围的限制，卫星钟的误差的测量是不能够进行连续测量的，在不可控制的范围内，卫星钟与导航系统时间的同步需要通过卫星钟自己进行维持。例如卫星钟的秒稳是10-1.1小时的钟漂达到36ns，极大的超出了导航定位对事件同步的精度要求。所以卫星导航定位系统通常要对卫星钟差使用外推计算，通过计算得出的卫星钟与地面钟的参数以钟差预报的形式为使用系统的用户转达。卫星钟差预报精度取决于卫星钟差的观测精度，钟差的观测时间长则预报的效果就会好。在同一个观测的条件下，钟差的预报精度取决与卫星钟的运行特点。

5　结论

伴随着卫星导航定位在不同行业中的使用，时间同步技术也得到了不断的发展，尤其是在民航卫星导航系统中的运用。就卫星导航定位自身而言是不需要涉及到时间同步技术的，但是卫星导航定位进行维护的过程中，时间同步技术则称为关键的技术，需要作为主要的考虑因素。在导航定位系统不断的发展的环境下，大力的发展时间同步技术也是必要的工作，提升控制时间的精准度与精密性，是现代卫星导航系统行业中未来发展的主要方向。全文介绍了卫星导航系统对时间的精度要求，同时介绍了时间同步技术对于卫星导航系统的重要作用。

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