[发明专利]一种基于北斗共视的新型精密授时装置

说明书

本发明公开了时间频率技术领域的包括北斗共视设备、数据交换平台、数据通信链路以及北斗共视型授时接收机，利用北斗共视技术，实时观测高稳晶振输出时间与区域内可见北斗卫星的时差，同时在标准时间频率中心也放置一台同型号的北斗共视设备，也在实时观测标准时间与区域内可见卫星的时差，通过北斗共视设备进行每秒一个采样数据的采样，并将时差结果发送至数据交换平台，所述北斗共视型授时接收机实时通过数据通信链路，并从数据交换平台获取标准时间观测数据，基于卫星共视的高精度、实时授时信号驯服输出技术，实现了实时5～10ns的绝对授时精度的授时装置，比传统卫星授时50ns的精度提高了数倍，是目前国内市场上实时授时装置所能达到最高精度。

技术领域

本发明涉及时间频率技术领域，具体为一种基于北斗共视的新型精密授时装置。

背景技术

1)时钟驯服技术

时钟驯服技术，就是利用北斗卫星授时模块接收的标准时间信号驯服内部高稳晶振，使最终输出的时间相位和频率均与标准时间同步。通常，晶振的驯服主要有两种方法：一种测量高稳晶振分频后的时间与北斗授时模块输出时间的偏差，根据时间偏差数据来修正高稳晶振输出的相位和频率，从而构成一个时间差校正高稳晶振的输出频率、输出频率改变输出的秒信号相位的负反馈控制环路。另一种方案：同样测量两者时间差，然后直接对高稳晶振输出的秒信号进行移相，强行和北斗授时模块的秒信号相位对齐，相位持续对齐了，同时也就能够使输出频率保持一致。典型的控制流程图如图4所示。

高稳晶振输出10MHz频率信号，通过分频产生1pps信号。北斗授时模块通过接收卫星信号获取标准时间，并还原出1pps，利用时差测量单元，测量出两者的时间偏差。时差测量完成后，首先进行数据拟合处理，剔除粗大误差。然后对数据进行滤波处理，滤波方法可以采用窗口滑动平均，也可以采用卡尔曼滤波等方式。然后计算出高稳晶振相对于标准时间的相位偏差和频率偏差。并依据该偏差，对高稳晶振进行控制。使得最终输出的时间和频率与标准时间一致。

目前，传统的卫星授时装置均采用时钟驯服技术，该技术能够有效消除卫星单向授时接收标准时间的较大抖动，使最终设备输出的时间信号同步精度在30～50ns，频率信号准确度约1e-12量级。受卫星授时精度的制约，技术指标无法进一步提高，无法满足对绝对时间同步精度要求较高应用领域的需求。

2)卫星共视技术

北斗共视是卫星共视技术的一种，是一种高精度时间比对技术，其基本原理是：北斗地面中心站在本地时间基准的控制下定时向北斗卫星发射时间信号，该信号经卫星转发后被用户所接收，位于不同地点的A、B两个观测站，用北斗卫星共视设备异地同时接收该卫星转发的中心站发射的同一时间信号，测量本地时钟信号与该卫星时标信号的伪距/时间差，经过数据处理、各项修正，然后将观测结果通过通信链路进行数据交换、再处理，实现异地两两之间的高精度时间比对。其基本原理如图5所示，由于北斗共视过程中，很多相同路径和因素的误差可以相互抵消，如星载原子钟误差、卫星位置误差、电离层和对流层延迟改正等，因此北斗共视可以实现较高的比对精度。单星共视可以实现优于10ns的比对精度，多星共视可以实现优于5ns的比对精度，短基线甚至可以达到3ns以内的比对精度。因此北斗共视比对方法，是目前远程高精度时间比对最主要手段之一。

然而，北斗共视是一个高精度时间比对手段，比对精度可达到5～10ns，也就是说可以测出异地两个时钟之间的偏差，但其自身无法因为无参考基准，无法输出精确的时间和频率信号。因此，目前共视技术主要用于远距离时间同步比对，没有直接用来作为授时。这样就无法满足绝大部分应用场景中，需要直接获取高精度绝对时间同步精度的时间和频率信号。

基于此，本发明设计了一种基于北斗共视的新型精密授时装置，以解决上述提到的问题。

发明内容