[发明专利]一种接收北斗卫星时间的挂钟及挂钟时间校对方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种挂钟的时间校对方法及应用该方法的挂钟，具体涉及一种通过接收北斗卫星时间来进行时间校对的方法和应用该方法的挂钟。

背景技术

石英挂钟相对于传统的机械式挂钟是一种低成本的时间设备，由于走时精准、耗电量小且经久耐用，被广泛应用于日常生产生活中。普通石英挂钟使用普通的晶体振荡器作为计时的基准信号。由于普通晶体振当器本身的振荡频率存在固有偏差，且频率的稳定性受电路老化和环境温度等因素的影响，振荡器的频率也会因时间推移以及温度变化发生微小的变化。因此由晶振产生的基准计时信号必然存在误差，这种误差最终会导致时间误差不断累积，故其计时精度很有限。而这类普通挂钟又无法完成自动校准，给人们的使用带来不便。

2012年12月27日北斗卫星导航系统正式启动亚太区域运营服务，标志着我国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统亚太区域组网全面完成。北斗卫星导航系统以时间的方式表达卫星和用户的运动轨迹，是描述宇宙事件的空间和时间基准。时间系统是北斗卫星导航体制的主要元素。在北斗卫星导航系统中，时间系统维持卫星之间、卫星与地面控制系统之间、以及卫星与用户之间的时间同步。

北斗卫星导航的时间系统由具有高精度、高稳定度的原子钟组成。由地面控制系统的氢原子或铯原子钟向主运行钟提供时间与频率微调参数，使主运行钟保持极高的长期稳定性。主运行钟与各地面站和卫星原子钟进行时间比对，确保所有时钟保持高度同步。

北斗授时型接收机通过接收卫星发送的卫星信号，并对卫星信号进行处理得到一个与卫星钟同步的授时时标。理想的授时时标是一个与卫星钟完全相同的时标。但是，因为卫星信号要穿过复杂的、时刻变化着的电离层和对流层到达接收机，同时到达的信号还有地面的反射信号，接收机电路本身还有热噪声和随温度、工作电压变化的电路延迟，以及处理系统的处理算法等多种因素制约，很难得到一个理想的时标信号。表1给出卫星授时的主要误差源。

表1 卫星授时主要误差源

授时时标信号为正脉冲信号，其上升沿时刻为该卫星信号的参考时标时刻。从时标合成角度来讲，首先对定时精度影响的是频率准确度和稳定度。频率准确度是一个静态指标，可以通过误差补偿处理，而频率稳定度相对复杂。通过以上描述的授时接收机整个信号传输链路分析，授时精度可以表述为：

σ=E=ΣiEi≈34ns]]>

北斗卫星钟误差修正，卫星钟误差有三个主要误差源：卫星钟随机漂移，卫星群延迟和控制部分精确估计及预测卫星钟漂移的能力不足。通过控制段对星历进行加注，可将误差控制在15ns以内。

北斗星历误差修正，星历误差是广播星历参数给出的卫星位置与卫星的实际位置之差。由于卫星受到多种摄动力的作用，地面观测站难以精确定轨，总有误差存在；同时接收机接收到的卫星星历总是一个过了时的数据。通过推算，由星历误差产生的距离测量误差缩小到1.5米，对授时精度的影响小于5ns。

多普勒效应修正，多普勒效应就是卫星和接收机之间的相对运动速度引起多普勒频移，从而产生相对应的延迟。

相对论效应修正，相对论效应是卫星钟由于卫星在地球上空高速移动，产生的频率漂移。为了保证时间传输精度达到纳秒级，相对论效应不能忽略。一是狭义相对论效应，即卫星相对地球高速运动，卫星钟的实际频率对于地球上的观测者来说有差异。二是广义相对论效应（也称为引力频率效应），不同等位面上的卫星钟，由于引力的不同，导致频率的不同。

电离层延迟误差修正，电离层延迟误差是由于信号传播通路上累积的自由电子和正离子引起的，依赖于电离层的性质和观察的仰角。单频北斗接收机可采用广播的Klobuchar模型来计算电离层延迟，广播模型可以将电离层造成的测量误差减少50%。

对流层误差修正，对流层误差是由于在信号传播空间的水蒸汽和其它大气成分引起的，对流层修正模型有霍普菲尔德（Hopfield）模型和萨斯塔莫宁（Saastamoinen）模型。采取以下措施减少对流层的影响：