卫星双向时间频率传递链路的性能评估分析

史俊文

摘 要 在卫星导航系统运作中，双向时间频率传递链路的性能直接影响着系统运作精度。基于此，本文从传递链路性能评估的意义展开论述，通过TWSTFT链路结构介绍、设备误差分析、其他误差分析、整体性能评估这几个环节实现了对卫星双向时间频率传递链路的性能评估，希望能够为卫星技术的发展提供助力。

关键词 双向时间;链路性能;传递链路

引言

卫星双向时间频率传递又被称为TWSTFT，其精度可达到1ns以上，工作者通过准确评估卫星双向时间频率传递应用链路的性能，可以为卫星双向时间频率传递技术的可持续优化提供有力依据。

1 性能评估意义

现阶段，由于卫星导航系统具有较强的稳定性、实时性以及精度，被应用于世界范围内的各个领域，而时间同步精度作为系统性能的基础评价标准之一，直接影响着导航系统的定位效果。其中卫星双向时间频率传递技术是当前最准确、使用最为广泛的时间同步应用技术，技术人员通过研究传递链路的性能及其影响因素，然后基于找出误差产生原因以及校正方法，可以准确优化传递链路的使用性能，增强卫星双向时间频率传递技术的效用，获得更优质的时间同步效果。

2 性能评估过程

2.1 TWSTFT链路结构介绍

卫星双向时间频率传递链路主要包含九个结构部分，即功放放大器、上变频器、下变频器、调制解调器、计算机、互联网、主钟、时间计数器等。在系统运作中，射频信号会通过VSAT发射给卫星，同时，VSAT也接收卫星发来的射频信号，然后MODEM负责将信号进行滤波、A/D转换、解调调制、时差测量等处理，在此过程中，原子钟会将标准10MHZ频率以及IPPS信号作为参考输入到MODEM中，同时，时间计数器会测量MODEM内部存在的时间差，帮助系统把控时间同步精度。此次用来评估的卫星双向时间频率传递链路为VSAT卫星天线传递链路，该链路的下行是12GHZ、上行是14GHZ，同时，配套的SATRE MODEM为德国的TIMETECH，其中频为70MHZ，整体性能等级属于常规类型。此外，在此次性能评估中，采用的伪随机码速率为5MChips/s，并且在数字调制模式上，研究人员选用了BPSK模式，符合当前卫星双向时间频率传递技术的使用标准，可以保障评估结果的准确性。

2.2 设备误差分析

一般来说，容易造成信号传递误差的设备主要为调制解调器以及发射接收设备，因此，研究者在传递链的运行过程中，对这两类设备进行了性能评估，分析了其信号传递误差，以期寻找出卫星双向时间频率传递链路性能在设备方面的优化方法。在设备误差分析中，研究者采用计数器对调制解调器内部的信号进行了测量，得出其内部信号相较于主钟内部信号，存在1PPs秒的时延，同时，研究者又对地面的信号发射、接收设备进行了测量，由于该类型设备导致误差时延量级大致在0.2～0.5ns左右，远远大于其他设备的误差，由此可知，发射接收设备所产生的误差，在设备方面影响卫星双向时间频率传递链路性能的主要因素。此外，经过长期研究，上下变频器以及低噪放大器在运作过程中，受温度的影响较大，所以工作者通过控制设备问题，也能够减少一定的设备误差。

2.3 其他误差分析

在卫星系统的运作中，其本身会进行一定程度的运动，这使得卫星与地球之间的距离会在既定的范围内不断变化，因此会导致距离误差、主钟不同步误差以及Sagnac效应误差，其中距离误差对传递链路性能的影响效果最为明显，而且该项误差会随着地球卫星之间距离的增大而增大，若距离误差达到了1000km，就会造成高达几十皮秒的信号时间同步误差，影响传递链路的性能。为此，工作者可以选用与信号收发站几何路径对称的卫星，来缓解距离误差对传递链路性能造成的影响。此外，传递链路本身也存在流层、电离层的时延。通常情况下，流层问题引起的误差相对较小，几乎可以忽略不计，但是电离层造成的误差，会使上下链路出现不对称的误差，并且可以达到几百皮秒，因此，工作者需要在传递链路中构建这类粗大误差的处理程序，提升链路性能。

2.4 整体性能评估

经过上述分析，研究者通过观察卫星双向时间频率传递数据可以得出，为了保障传递链路的运作效果，工作者需要在数据处理过程中扣除系统误差，以及既定的Sagnac效应数值，同时，还要优化粗大误差的处理，才能保障传递链路的使用性能。在此过程中，虽然粗大误差数量通常处于1%以下，但是该项误差的出现，会对统计、计算、绘图等工作环节造成影响，因此，工作者必须在系统中设置粗大误差剔除功能，提升传递链路运作准确性水平。此外，工作者还应根据传递链路应用设备的运行规律，来针对性地采取误差处理措施，优化传递链路的运行效果。基于此，从整体上来看，传递链路的性能大致能够满足当前卫星系统运作的常规需求，但其中依然存在优化空间，工作者通过采取相应的设备以及其他方面误差因素处理措施，可以大幅度优化传递链路的性能，增强卫星系统的时间同步精度[1]。

3 评估结果分析

经过上述一系列的分析和研究得出，在设备方面，为了降低信号收发设备中存在的运行误差，工作者可以采用移动标校站，来进行信号的标校，同时，保持上下变频器、低噪放大器这两类设备的恒温，缓解温度对设备运作带来的影响，减少设备误差为传递链路性能带来的影响，优化链路性能。在其他方面，工作者需要在传递链路配套数据处理系统中，构建误差校准、修正功能，扣除链路在运行中存在的误差值，增强输出数据的准确性[2]。

4 结束語

综上所述，系统设备的误差是影响卫星双向时间频率传递链路性能的主要因素。在卫星导航系统的发展中，技术人员通过采取设备、系统的误差修正、规避措施，可以有效强化传递链路的使用性能，深入优化卫星双向时间频率传递技术的实时性和精度，提升卫星导航系统的发展水平。

参考文献

[1] 王翔，董绍武，武文俊.基于1 Mcps/s码速率的亚欧卫星双向时间比对性能分析[J].天文学报，2019，60（6）：28-37.

[2] 江志恒，武文俊.软件接收机UTC卫星双向时间传递[J].时间频率学报，2019，42（3）：196-205.