基于不同共视周期的标准时间远程复现分析

传统卫星共视法的共视周期为16 min,其存在间断及数据处理滞后的特性。采用改进的卫星共视法,解决了传统卫星共视法存在间断,且不能灵活设置共视周期及实时输出比对结果的问题。基于标准时间远程复现原理,以国家标准时间UTC(NTSC)作为基准,基于UTC(NTSC)远程复现系统,能在用户所在地复现出与标准时间同步的时间频率信号,用户以高稳晶振作为复现终端的信号源,分析了不同共视周期下的远程复现结果,根据高稳晶振的特性,试验分别采取1、5及10 min作为共视周期进行标准时间远程复现,3种不同共视周期复现比对结果显示,复现信号与标准时间UTC(NTSC)的偏差均小于10 ns。共视周期为1 min时,高稳晶振的复现信号同步效果最佳,其所复现的信号与标准时间同步偏差小于5 ns,当取样间隔为10 000 s时,频率稳定度为2.72×10-13,10万秒时的频率稳定度为1.40×10-14,远优于高稳晶振自由运行的状态。     

基于改进的卫星共视法的远程时间比对研究

为了解决标准卫星共视法中存在的两个局限性:一是其完整的观测周期为16 min,只有13 min有观测数据,存在3 min观测间隙;二是数据事后交换处理模式,导致比对结果生成严重滞后,不满足实时性的要求。本文提出了一种改进的卫星共视法,改进的卫星共视法不使用国际权度局规定的共视跟踪表,而是采用时间频率连续比对的方法,以10 min(或其整数倍)作为一个观测周期,并同时对观测数据进行处理,当一个周期结束时,立即进入下一个观测周期,去除了标准卫星共视法中每个观测周期内的观测死区时间,增加了观测数据量,实现了时间频率的连续比对。最后,文中利用改进的卫星共视法研制了一套高精度远程时间频率校准系统,并与标准卫星共视法比对结果进行了对比分析,得出零基线情况下,改进的卫星共视法授时精度达到0.295 ns,与相同条件下标准卫星共视法比对结果 0.554 ns相比有了提高。另外,在长基线条件下,改进卫星共视法的授时精度达到3.12 ns,频率稳定度天稳达到8.24 e-14。     

基于北斗共视的国际时间比对研究

基于全球卫星导航系统的时间比对是当前国际标准时间产生过程中的主要技术之一,美国的GPS和俄罗斯的GLONASS系统都已被国际权度局正式列为国际标准时间比对的手段。为促使北斗尽早加入国际标准时间的计算,中国科学院国家授时中心和瑞典国家技术研究院以及比利时国家天文台等欧洲守时实验室在全球卫星导航系统时间比对标准的框架下,基于上述3个守时实验室各自保持的各国时间基准系统,利用北斗伪码实测数据,在国内外首次开展了北斗卫星导航系统亚欧长基线高精度共视时间比对试验。结果表明,该试验中北斗零基线共钟比对结果的标准偏差(STDEV)优于1 ns,亚欧长基线北斗共视时间比对STDEV优于2.5 ns,天稳可达10-14量级,这与GPS共视性能基本相当。表明我国北斗卫星导航系统现已可用于纳秒级高精度时间传递与远距离时间比对,该试验的完成为北斗正式纳入国际标准时间的计算提供了技术支持。     

一种卫星双向时频传递设备时延差的标定方法

利用卫星双向时间频率传递方法可以实现精度优于1 ns的远程时间同步。卫星双向设备时延差是影响双向比对结果的一项主要误差。目前,国际上通用的方法是利用一套可移动的双向校准设备实现对两套卫星双向设备时延差的校准。该方法存在设备成本高、占用通信卫星资源且对天气条件要求较高等问题。随着i GMAS站和其他监测站点的建设,越来越多站点的接收机监测数据资源可用。提出一种利用各站点监测数据实现对卫星双向设备时延差的校准方法。当卫星双向比对两地同时具有监测数据可用时,可以通过事后数据处理的方式校准两地卫星双向设备的时延差。校准的主要思路是利用精密星历、钟差和电离层产品,从每颗星的伪距测量值中扣除传播路径中的各项延迟,得到本地与导航系统时间的时差。通过对所有可见星的时差结果进行加权、滤波,并扣除接收机间的相对时延,得到比对两地的全视站间钟差。最后,通过与同时段的卫星双向结果进行比较,得到两地卫星双向设备的时延差,校准精度优于1 ns。虽然该方法无法实现亚纳秒量级的校准,但是可以较为简单地标定出两地卫星双向设备的时延差,可以满足纳秒级的时间同步应用需求。     

基于北斗的时间传递方法及其精度分析

GNSS时间传递技术是卫星导航技术在时间频率领域的重要应用,也是时间传递的主要技术手段之一。随着我国北斗卫星导航系统的不断建设,北斗系统在时间频率领域应用的研究也逐步深入。主要基于北斗卫星导航系统特有的IGSO、MEO、GEO卫星星座,开展了基于北斗共视和载波相位时间传递算法研究,研制了北斗时间传递软件包(PPTSlo),并对其时间传递链路精度、稳定度进行了定性、定量分析,实验结果表明北斗共视时间传递精度优于6 ns,北斗载波相位时间传递精度能达到亚纳秒-纳秒精度。     

基于软件接收机和间接链路的卫星双向时间比对性能分析

为改善卫星双向时间比对(TWSTFT)中的周日效应并探究其成因,利用当前ABS-2A卫星的亚欧国际双向时间比对网的冗余性,选取不同时段不同基线长度的卫星双向时间比对链路进行分析。首先将硬件SATRE TWSTFT结果与软件接收机SDR TWSTFT进行比较,然后将SATRE TWSTFT和以亚欧不同实验室为中继站得到的间接TWSTFT结果进行对比分析,最后以完全独立于TWSTFT的GPS精密单点定位(PPP)时间比对为参考,对上述计算结果进行性能评估。结果表明,SDR TWSTFT对亚欧以及亚洲SATRE TWSTFT时间偏差指标(TDEV)平均增益因子为1.75左右。以德国物理技术研究院为中继站的中国科学院国家授时中心和中国计量科学研究院之间的间接链路对直接链路的时间偏差平均增益因子为1.22。     

GPS共视接收机恒温系统的研制

温度变化对于利用GPS共视技术进行高精度远程时间比对的影响是不容忽视的.结合GPS共视接收机的工作特点,研制了与之相适应的温度控制系统.该系统使用数字式温度传感器DS1624为测温器件,选用自适应PID控制算法为系统温度控制算法,电路设计上采用基于I2C总线设计和防电磁干扰设计;因此系统具有电磁干扰小、实时性好、可靠性高和控温精度高等特点.测试结果表明该系统控温精度可达5℃,可满足GPS共视接收机的工作需求.     

北斗三号非差组合载波相位时间比对性能分析

北斗三号全球系统已开始为全球用户提供稳定可靠的高精度定位、导航与授时服务。 本文基于我国国家标准时间频率 UTC(NTSC)系统,开展北斗三号非差组合载波相位时间比对性能分析,通过实测数据开展研究并试验了北斗三号非差组合载 波相位时间比对在零基线与长基线时间比对方面的性能,并在此基础上开展北斗三号与 GPS 融合载波相位时间比对试验。 结 果表明,零基线比对中,两接收机共钟比对钟差的标准偏差优于 0. 3 ns;长基线比对中,利用北斗三号非差组合载波相位时间比 对以及融合载波相位时间比对获得的亚欧两守时实验室之间的比对钟差与国际权度局基于 GPS 时间比对链路获得的钟差具 有较好的一致性,钟差的频率稳定度和时间稳定度与国际权度局发布的结果基本一致,且残差的均方根均优于 0. 25 ns,试验结 果满足亚纳秒量级的时间比对应用需求。     

基于共视法的电压源远程校准方法及一致性评价研究

本文针对传统电压源校准方法存在的问题，提出了一种基于卫星共视法的电压源远程校准方法，该方法以非实物标准传递为基础，实现将标准器置于实验室而无需传递至现场进行远程校准，可解决引入附加误差的问题，通过设计基于共视法的电压源远程校准系统，建立校准模型，根据共视原理，实现标准端和被校端电压值远程比对，完成校准。本文对远程校准方法和传统校准方法在直流0～1 V校准点校准结果进行了对比，结果显示两种方法的校准结果差距在5.2×10^-5 V以内。本文给出了两种方法在直流1 V校准点的不确定度评定过程，并通过传递比较法对两种方法的校准结果进行了一致性评价，结果表明，远程法在1 V校准点的扩展不确定度为9.182 44×10^-5 V(k=2),且校准结果与传统法具有一致性。     

微波宽带超高精度双向时间比对技术研究

当前微波双向时间比对技术广泛应用于视距区域站间时间同步领域,能够达到纳秒站间时间同步水平,对于时间同步 指标更高的应用场景还有待进一步提升。 本文利用大带宽扩频信号和载波相位在时间测量性能方面的潜在优异性能,提出了 基于宽带信号调制解调技术的微波双向载波相位时间比对方法,设计了原型试验系统,利用氢原子钟和相位微跃计验证了实验 室条件下系统的测量不确定度(A 类)0. 27 ps 和分辨力 4 ps,达到了预期效果,为后续远距离试验和应用推广奠定了坚实的技 术和试验基础。     

A traffic radar verification system based on GPS–Doppler technology

In this article, a traffic radar verification system based on the GPS–Doppler technology is described. An speedometer boarded in the target vehicle estimates its speed from the Doppler variation of the GPS satellites signals, and transmits it via radio to the police vehicle, where the radar to verify is located. In order to automate the procedure and be more effective, the detailed system applies artificial vision techniques in recognition of the radar display indication. The GPS–Doppler verifier has been tested operating simultaneously with the previous verification system that is based on the Doppler shift of the radar signal reflected by the target vehicle, which is slower and less precise. The results demonstrate that the new verification system is completely compatible with the previous one.     

An assessment of static precise point positioning using GPS only,GLONASS only,and GPS plus GLONASS

The aim of this paper is to look into the achievable repeatability and accuracy from Precise Point Positioning (PPP) daily solutions when using GPS only (PPP GPS), GLONASS only (PPP GLO), and GPS plus GLONASS (PPP GPS + GLO) for static positioning. As part of the assessment, a comparison with Global Double Difference (DD) GPS daily solutions is presented. It is shown, therefore, that all of the PPP daily solutions can achieve millimetric level repeatability, similar to the global DD GPS solutions. Furthermore, the mean of the biases between the PPP daily solutions and the global DD GPS daily solutions are constellation type dependent, while an improvement is found in the vertical component for PPP GPS + GLO over PPP GLO, as the latter may be more affected by any imperfections in the models for GLONASS antenna phase centre variations. It is concluded that PPP GLO daily solutions have the ability to be used as independent solutions to PPP GPS daily solutions for static positioning, and as an alternative to PPP GPS + GLO or global DD GPS daily solutions.     

北斗测距信号评估与精密单点定位应用研究

随着全球导航系统的建设和发展应用,我国北斗导航系统也开始逐步向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务。基于我国时间基准UTC(NTSC)系统,开展北斗导航系统测距信号评估与精密单点定位(PPP)应用研究。通过实测数据首先分析北斗测距B1、B2频点的信噪比以及周围观测环境所引起的多路径影响。同时,讨论了北斗精密单点算法,并利用实测数据以及GNSS服务中心IGS国际多模GNSS实验工程(MGEX)提供的精密轨道和钟差产品进行精密定位解算。结果表明,B2频点信号的接收性能优于B1频点,北斗精密单点定位计算的结果在X、Y、Z 3个方向上的误差基本保持在cm级,解算的本地时相对于IGST偏差的频率稳定度短稳达到了10~(-14)量级,与全球定位系统(GPS)精密单点定位性能基本相当,表明我国北斗系统可用于ns级高精度时间传递。     

恶劣环境下GPS接收机定位算法研究

为了解决在恶劣环境下卫星信号被遮挡时GPS接收机无法定位的问题,将接收机钟差等效为可见卫星,并根据钟差预测值辅助GPS接收机进行定位解算.提出了基于时间序列分析理论的接收机钟差组合预测模型,然后将钟差预测值引入到GPS接收机中,通过扩充观测方程以实现接收机三维定位解算功能.分别在静态以及动态情况下应用实测数据进行验证,结果表明:该模型适合于钟差序列预测;在仅有3颗卫星的恶劣环境下,该方法可以提供满足导航定位精度要求的GPS接收机三维定位信息.     

Hilbert-Huang transformation-based time-frequency analysis methods in biomedical signal applications

Hilbert-Huang transformation, wavelet transformation, and Fourier transformation are the principal time-frequency analysis methods. These transformations can be used to discuss the frequency characteristics of linear and stationary signals, the time-frequency features of linear and non-stationary signals, the time-frequency features of non-linear and non-stationary signals, respectively. The Hilbert-Huang transformation is a combination of empirical mode decomposition and Hilbert spectral analysis. The empirical mode decomposition uses the characteristics of signals to adaptively decompose them to several intrinsic mode functions. Hilbert transforms are then used to transform the intrinsic mode functions into instantaneous frequencies, to obtain the signal's time-frequency-energy distributions and features. Hilbert-Huang transformation-based time-frequency analysis can be applied to natural physical signals such as earthquake waves, winds, ocean acoustic signals, mechanical diagnosis signals, and biomedical signals. In previous studies, we examined Hilbert-Huang transformation-based time-frequency analysis of the electroencephalogram FPI signals of clinical alcoholics, and 'sharp I' wave-based Hilbert-Huang transformation time-frequency features. In this paper, we discuss the application of Hilbert-Huang transformation-based time-frequency analysis to biomedical signals, such as electroencephalogram, electrocardiogram signals, electrogastrogram recordings, and speech signals.     

基于HHT的导弹发射冲击时频谱分析

为研究弹载部件在导弹发射过程中的冲击响应及冲击信号的传递特性,进行了基于希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform,简称HHT)的导弹发射冲击时频谱分析。由于经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)结果易受白噪声的影响,研究了总体经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)技术。以弹体不同位置的实测冲击信号为对象,应用HHT技术进行分析,准确得到了导弹发射冲击信号的固有模态函数(intrinsic mode function,简称IMF)和时间-频率-能量谱特征,并研究了两次冲击的频率分布和各阶IMF与原始信号的相关性。结合边际谱分析对比了两个舱段能量在中低频和高频的传递特性,进一步验证了HHT方法在分析非线性和非平稳冲击信号中的优越性。     

EEMD和TFPF联合降噪法在齿轮故障诊断中的应用

为了消除噪声对齿轮传动系统故障特征提取的影响,提出了一种基于集成经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)和时频峰值滤波(time-frequency peak filtering,简称TFPF)相结合的降噪方法。针对TFPF算法在窗长的选择方面受到限制的问题,采用了EEMD方法对其进行改进,使得信号在噪声压制和有效信号保真两方面得到权衡;含噪声的信号经过EEMD分解后,得到一系列频率成分从高到低的本征模态函数(intrinsic mode functions,简称IMFs),计算出各IMFs间的相关系数,判断需要滤波的IMFs。对不同的IMFs选择不同的窗长进行TFPF滤波,把过滤后的IMFs和剩余的IMFs重构得到最终的降噪信号。用模拟仿真信号和齿轮齿根故障信号对该方法进行验证,可见EEMD+TFPF能有效地去除噪声,成功提取齿根裂纹故障特征。     

Ionospheric delay contribution to the uncertainty of time and frequency measurements by one-way satellite time transfer method

The results of international time and frequency comparisons between INPL reference and BIPM using GPS satellite system are presented. The uncertainty of time and frequency comparison by the one-way satellite time transfer method is discussed. Ionospheric delay contribution to this uncertainty is evaluated. The diurnal, seasonal and long-term variations of ionospheric delay are presented and discussed. Ionospheric delay has daily and seasonal oscillations with amplitudes of about 20–60 and 20 ns, respectively. These oscillations are due to variations of solar activity and the variations of total electron content in ionosphere. Long-term variations of ionospheric delay correlate with 11-year sunspot cycle. The difference between ionospheric delay values at minimum (in 1996) and maximum (in 2002) solar activity is 3 times. The increased values of ionospheric delay have caused the increase of the standard deviation of the time comparison results in the same proportion.     

MIMU信号频谱分析及降噪方法

根据误差信号的频谱特性将MIMU(Micro Inertial Measurement Unit)误差信号分为长期误差和短期误差两类,分析了两类误差的来源和传统组合导航系统的降噪性能。利用Allan方差法对MIMU长期误差进行分析建模;针对短期误差的频谱特性,使用最优低通滤波器滤除高于运动特性频带上限的部分;通过小波阈值降噪方法减小混叠在运动特性频带中的短期误差。GPS/MIMU组合导航仿真结果表明, 经过MIMU信号预处理的组合系统,在GPS信号有效时定位误差减小了20%,而当GPS信号丢失时,累积误差降低了近80%。     

Remote calibration system for frequency based on in-place benchmark

According to the deficiencies of remote calibration mode based on material object reference, a new model of a remote calibration system for frequency based on in-place benchmark is introduced, which is made of a calibration subsystem on the spot and a remote management subsystem. The key technology of some key problems for the remote calibration system is particularly discussed, including the time and frequency benchmark receiving module based on global positioning system (GPS), frequency comparison based on a phase method, frequency division based on dual high-frequency phase locked loop (PLL), and remote calibration based on the web. The results show that the system possesses some characteristics, such as high precision, good versatility, and no limitation of time and place.