[发明专利]一种基于卫星共视的时间码测量装置

说明书

本发明公开了一种基于卫星共视的时间码测量装置，所述装置包括：天线、共视接收单元、远程数据传输单元、时间保持单元、时间信号测量单元、测量结果精确处理单元以及校准结果输出单元。本发明的时间码测量装置采用共视比对的方式，与守时实验室的共视接收机进行数据交互，消除了时间码测量时自身时间参考带来的误差，提高了时间码现场校准的精度。

技术领域

本发明涉及时间码测量装置技术领域，具体涉及一种基于卫星共视的时间码测量装置。

背景技术

随着技术的发展，时间同步在各种电子系统尤其是武器系统中的重要性日益体现。为了完成多军种、多系统的信息融合、协同作战，各系统必须工作在统一的时空坐标体系之内。为此，许多系统都配备了高精度的时间统一设备。

时统设备通过接收北斗等卫星导航系统信号或IRIG-B码等有线信号获取初始时间，内部通过铷原子钟或高稳晶振对时间进行保持，对外输出1PPS、1PPM、1PPH、IRIG-B(DC)码、IRIG-B(AC)码、TOD、NTP以及PTP等信号，为用时系统提供高精度的时间统一服务。

这些时统设备大多集成于系统中，不宜拆卸，因此无法做到周期性送交计量部门予以计量校准。大量的时统设备未经校准，为时间统一体系带来了严重的隐患。因此，研究解决高精度时统设备的现场校准问题具有重要的意义。

对时统设备进行校准测试的设备称为时间码测量仪。时间码测量仪针对时统设备输出的各种时间码信号进行解调，恢复出1PPS信号和时间信号，并与自身的时间参考进行比较，从而给出时间偏差的测量结果。

目前，国际上市场接受度最高的时间码测量仪是英国Time&Frequency Solutions公司生产的TimeACC 007。该款产品采用内置的C/A码GPS接收机，内时基精度30ns(1σ)，内置时间间隔测量分辨力为0.2ns。可测信号包括1PPS(秒脉冲)、1PPM(分钟脉冲)、1PPH(小时脉冲)、IRIG-B(DC)码、IRIG-B(AC)码、TOD(串行时间码)、NTP(网络时间协议)以及PTP(精密时间协议)等。该款产品由于良好的便携性以及可测信号的丰富性获得了市场的高度认可，在国际上，包括我国的电力、电信等部门得到了大量的应用。国内也出现了一系列的类似产品。

但是此类产品在真正用于高精度时统设备校准时，具有一个严重的问题。由于被校设备一般也基于卫星导航系统获取时间，时间解调精度一般为(30～50)ns，与校准仪器的精度在同一量级。因此，校准时其权威性、准确性饱受质疑。

由时统设备和时间码测量仪的原理可知，在进行时间码测量时，除1PPS等脉冲信号可直接进行时间间隔测量外，其他时间码信号都先通过时间信号解调模块恢复出1PPS和时间信号，再通过时间间隔测量和时间信息比对获取其与本地时间参考的偏差。由上述测量原理可知，测量误差来源主要由三部分组成：时间信号解调误差、时间间隔测量误差和本地时间参考的误差。

时间间隔测量技术目前已较为成熟，采用模拟内插法、双混频时差法以及高速TDC等技术，时间间隔测量分辨率可达皮秒量级，受限于器件噪声的影响，测量误差一般为50ps左右。针对IRIG-B(DC)码、ASCII串行时间码等时间信号的解调可采用FPGA(可编程逻辑器件)进行，解调误差为纳秒量级。IRIG-B(AC)码解调误差为微秒量级，NTP解调误差为毫秒量级，PTP解调误差为几十纳秒量级。受限于北斗/GPS单向授时技术，本地时间参考误差一般为(30～50)ns。

综上分析可知，本地时间参考带来的误差严重制约了时间码测量仪的测量精度。由于北斗/GPS单向授时精度较难提高，因此应采取更高精度的时间传递手段提高本地时间参考的水平。基于卫星共视(GNSS Common View)的时间传递技术是最佳选择。