北斗卫星导航系统授时应用

为ｌＯＯｎｓⅨ向定时精度为２０ｎｓ，白２００７年４月Ｉ

３日

辫一

鬻

鬈

迄夸先后发射７

７颗北斗／ＣＯＭＰＡＳＳｉ星预ｐ在

２０１２年前后建成由１２颗ＧＥＯ

ＭＥＯ

ＩＧＳＯⅢ星翔成

的北斗Ｉ｜ＣＯＭＰＡＳＳⅢ星扩展日域导航系统，该系统同

时采用ＲＮＳＳ和ＲＤＳＳⅢ星业务体制燕窖北斗２星导

航试验系统的全部功能服务区域为５５

Ｅ～１８０‘Ｅ

５５’Ｓ一５５’Ｎ定位精度为水平精度２ｍ【Ｉ

ｎ）单向授

数字地球与＾们生活中的数字世界使地理位置信

息和时间信息成为＾们日常Ｋ可或缺基础信息在此基础

上的应用拓展才使世界丰富多彩．如何有效可靠地提

供ｉ动物体的位置时间信息则是导航必须解决的重点

时枯度为５０ｍⅡ向定时精度为１‰ｓ测速精度为０２ｍ＇ｓ；

它将为中国及其周边地区提供定位导航授时和短报文西

信服务并进行组嗣和试验；根据发展需要将在２０２０年

前后建成由５颗ＧＥＯⅢ星和如颞非地球同步轨遘Ⅱ星构

威的北斗／ＣＯＭＰＡＳＳ全球Ⅲ星导航系统该策统将提供开

问题现代无线电ｃ包括卫星）导航系统离不开￡线电

和数宇冀码｛通信）技术＝者都涉爱信号频率及＃准

确度问题时间Ｈ间技术时统设备Ｃ如高精度原子钟１

是这些导航系统的核心。可以说现代无线电导航￡

放服务和授投转运图片 服务开放服务将在服务区内免费提供定位

（精度为ＩＯｍ】澜速｛精度为ｏａ“ｓ）授肘｛单向精度为

５０ｍ｝和短电文通信服务授权服务将向授权用户提供更

安全精度更高的定位导航ｆ涮速Ｊ攫时和通信服务

以曩幕统完好性信息。其性能将与姜国的第ｊ代ＧＰｓ性能同时旦在广裹

相当

论陆基的萝！导航系统或是天基的ＧＰＳ

北斗Ⅲ星碍肮系统都离不开精确瞬问

范匿为＾众提供高精度授时和时间服务

Ｏ【．ＯＮＡＳＳ

：蜷一塌虢誊

一

北斗／ＣＯＭＲ‘，ＳＳｌ星发射的定位导航援时信号

ｊ

都是由。北斗，ＣＯＭＰＡＳＳⅢ星导航系统时间一北斗

北斗Ⅱ星导航试验系统于２００３年就为中国殛其

月边Ｂ域提供定位授时和短报文通信服务，采用￡保持Ｗ发播的时间参考标准．是由多台高精度原子钟组

时ＩＢＤＴ）控制的。北斗时是北斗卫星导航系统建ｉ

线电测定Ⅲ皇业务｛ＲＩ）ＳＳ）的渡系统单向攫对精度成和保持的原于时，它的摹本时间单位是。秽。其秒长

ＤＩＧＩＴＣＷ．％

万方数据

Ｎａ、ｉｇａ百０Ｅ

０７吐＇ｄ＇１＂ｅＳ

导航讲座

与目际原子时ｎ＾１）的秒长保持一致连续计数Ｔ闰

系的ＵＴＣ时问参数反眭ＢＤＴ与ＧＰＳＴ关系的ＧＰＳ时

桫它的初始历元为国际通用标准时间——协调世界时间参数等，

北斗Ⅱ星用户设备通过接收解算进授时信息

并加以处理修正分剐获得ＢＤＴ’整秒１以上的年月

；十ｌＰＰＳ。通过相关参数换算可以转换得到ＵＴＣ时间

ＧＰＳ系统叫间以及其他用户选用的参考标准时间。位置腻及有关导航电文内窖传送结用户接收设备实现

（ＬＭ｝联游 ２００６年１月１日００ｈ００ｍ００ｓ：北斗时与ｕＴｃ的

偏差（模１秒ｌ小于１００ｍ。

北斗Ⅱ星授时是通过发播信号数字编码的’超帧

日时骨秽－－ＴＯＤ｛ＴＩＭＥＯＦ

ＤＡＹ】数据信息和静脉

＿三、：毒：斗。阻星啦向接问

北斗卫星单向授时有ＲＤＳＳ单向授时和ＲＮＳＳ单向

攫时两种方式。

。帧。。子帧。。码元’结构在ＢＤＴ时间轴上所对应

的。北斗卫星ＲＤＳＳ业务广播授时信号的栽波频率为

２４９１

７５ＭＨｚ为连续帧信息结构在时域上分为优惠促销 超帧和

帧固定帧长１个超帧周期为１分钟含１９２０帧｛帧

号为Ｉ一１９２０Ｉ

１秒包台３２帧帧周期为３１．２５哪

ＲＤＳＳ的超帻与帧结构见图１。圈Ｉ中。帧标志“指示

北斗２星ＲＤＳＳ单向擐时是由卫星转发＊转发地面

中心站ｘ线发送的北斗授时信号鲐用户

即由ＢＤＴ控

制中心站控制系统的主原子钟主钟监控发播工作原

于钟Ｉ作钟控制／产生卫星导航信号的频率编码速

率相位导航电文

本撇开始。帧号‘表明车颧属于所在超帧的第几帧。公

由发射设备从天线发送到北斗Ⅲ

星卫里转发器将授时信号下行传递到用户接收终端

终端解茸输出ＩＰＰＳ和日期ＴＯＤ时间信息完成ＲＤＳＳ

ｍ向授埘，ＲＤＳＳ单向攫时ｉ意图见蓦２，匿３描述小

于１秒的小数秒部分的ＢＤＴ由北斗卫星进行时问传递

用“为措薮系统其它信息．。广播１用于广播北爿ＲＤＳＳ

单向投时信息。ＲＤＳＳ业务的全部单向援肘信息由各帧中

４ｂｉｔｓ。广播。信息拼接完成，每Ｉ超帧１１分钟｝的第１帧～第

１２９帧就将该分钟的全部单向授时信息播送Ｉ遍ｔ每１分

钟摇送授时信息８遵．授时信息的内容每Ｉ超帧更新】发。

ＲＤＳＳ业务每超帧第ｌ帧一第１２９帧的导航电文与授

对相关的劳数内容有表示本超帧第帧所对应的北斗

时（ＢＤＴ｝时刻｛以年内整分计数表示）表征ＢＤＴ与

ＬｒＴＣ之差｛整秒）的ＵＴＣ闰秒ＢＤＴ与Ｕ］Ｃ之时差ｆ小

于Ｉｓ的部分Ｉ本趣帧接时数据所对应的地面ＲＤＳＳ发射

天线的编号Ⅲ星位置和卫星速度地面站天线至卫星

的传播时ｇ｛含电离雇和对流层时延ｌ电波传播修正模

型参数系统单向设备零值变化量当前渡※Ｉ作状态等。

北斗１星ＲＮＳＳｎ务广播的授时信号包括载

波测距码数据码三种分量．信号载波频率ＢＩ为

１５６１０９８ＭＨｚ

８２为１２０７１４ＭＨｚ。测距码有Ｃ码Ｐ日

两种。数据码ｆＤ码）随卫星娄型有新不同数据码Ｄｌ

的帧结构分为超帧主帧和子帧。】超帧为３６Ｃ００ｂｉｔｓ

超帧周期为ＩＩ十超帧包含２４个帧。１主帧为

２ｍｉｎ

ｌ

５００ｂｉｔｓ主帧周期为３０ｓ．Ｉ十主帧洋牡丹怎么养 包含５十子帧】于

帧周期为６ｓ包台１

０十字每个宇又包含导航电文信息

及校验码两部分：ＤＩ数据码与授时相关的电文参数有同

步码子帧计数ＳＯＷ周内秽计数ＶＣＮ星期（整周）

计数卫星钟钟差参数Ⅱ星所书参觳广播星历参数

电离层参数Ⅲ星钟的健康信息反映ＢＤＴ与ＵＴＣ关

ｔ｛■ＥⅢ＊

万方数据

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≯！麓ｉ痉Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ

Ｌｅｃｔｕｒｅｓ

的关系。在中心站＆站信号菜一“帧时标与其前一十

ＢＤＴ整秒时刻（口ＩＰＰＳ）的时差为Ａ严。帧时标。经

过总延迟ｒ”（包括系统设备单向零值延迟ｒ，＝行

延迟ｒＰ下行延迟｛包括大气层延迟Ｊ－Ｐ用户谩备

单向零值延迟ｔＰ｝之后用户观测，提取＋帻对标。信

号的前沿．用户以车地时钟ＩＰＰＳ作为时间测量计敲嚣的

开门信号‘帧时标。的前沿作为关门信号可测得＝着

的时差￡”。部么用户车地时钟与ＢＤＴ的时间差５”

即为

６”一≮“一△，ｏ—ｔ

－、一一ｔ。７．麒■．．．＿＿＿

北斗２星口向沽授时是一种建＆在ＲＤＳＳ应答测距

定位业务基础上进行高精度授时的方法．由于北斗ＲＤ￥Ｓ

单向授时精度受卫里星历位置误差接收终端女线位置

定位误差大气层时延改正残余误差北斗援时信号发

射时刻改正残羞等诸多不确定性目摹影响难以准确计

算修正Ⅲ星中心站到用户终端的发一收单向恃撬对间

《迟限制北斗ＲＤＳＳ单向授时精度为］００ｎｓ为满足更

高精度授时用户的需求在北斗ＲＤＳＳ应答测砸定位业

务晏础上开发７高精度ＲＤＳＳ皿向撵对方法和用户磐端

栗用Ａ向比对灏量确定炭－收问的单向传播射间延迟；日

向法授时要求用户终端同时具备接收和应菩发射的能力

北斗双向法授时示意图见田５时间延迅测定修正原理图

见图６。

ｒｐ＋ｒ；”一ｒＰ｝ｆ：９ｌ

移榴调整本地；输女的１ＰＰＳ使时间差６”为零

调整后的本地Ｉ

ＰＰＳ就与ＢＤＴ的ＩＰＰＳ实现时间｛椎位

酚部分）同步。北斗卫星ＲＤＳＳ单向攫对精度将优于

ｌｏｏｎｓ完全可以满足绝太多数时间用户精度需求；需用

ＵＴＣ的用户再进行”ＬＦＦＣ时差修正和１闰秒改正

处理就得到标准的Ｌｎｒ时间；

‘：．Ｊｉ

：、ｊ∞ｉ？－－１１

与北斗ＫＩ）ＳＳ单向攫时肯所不同的是北斗ＩＬＮＳＳ

单向授肘不是由卫星转发器转发北斗授耐信号而是由

星载原子钟直接控制产生１星信号发进蛤用户．其过程

是ＢＤＴ控制中心站主原于钟主钟监控ＲＮＳＳⅢ星的

星载原予钟定期注八更箭各个卫星星载钟的钟差参教

星载钟控制，产生２星导航信号的频率编码速率相位

导航宅文由卫星天线广署授时信号下传到用户按收

终端：接收终端僻算输出ＩＰＰＳ和ＴＯＤ时间信息完成

单向授时见萄４。

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圈６中中心ＩＰＰＳ代表中心站控制信号发播的

ＢＤＴ时刘Ｉ用户ＩＰＰＳ代表用户终端机内时钟的某Ｉ整

秒Ｔ（Ｏ时刻＝者的钟差为△１。北斗第ｎ啦询问信号参

考时标与北斗时幕ｔＰＰＳ

Ｃ例如与整井时刘对应的秒脉冲）

之间的时间间隔为ｎ个帧周期即圈６中的ｎ△【如前

所进ＲＤＳＳ的帻脚期为３１．２５ｍｓ即ＡＩ２５ｍｓ同

３１

辩ｎ６Ｉ也即该帧号对应的北斗时间（小于１整分的豁分）

与此同时用户终端接收到中心站控制系统播发的时间帧

【第ｎ帧）询问信号ｆ见圉６左边的带箭头虚线）并澜

１：Ⅲｐ、、、ｒ－？。

出收到的第ｎ帧询问信号参考时标与本机钟整秒信号Ｉｐｐｓ

的时间间隔△Ｔ

北斗Ⅲ星Ｐ－．ＮＳＳ单向攫时其终端的接收测量计算

修正过程夫体与ＲＤＳＳ单向授时相仿只是具体参

数和计算有所不同．北斗卫星ＲＮＳＳ单向授时的精癯选

到５０ｎｓ。

同时用户终端＆即向中心控制系统

中心控制

目发响应信号ｆ见目６口右边的带箭头虚线）

系统测出第ｎ帧信号的往返时间值ａ２并算出该信号由

中心发出至用户机收到的正向传播时噩ｔ

再将ｒ发送

万方数据

ＤＩＧＩＴＣ虬㈣

给该用户作为双向定时时≈修正值。由于ＡＴ可以由用

涮量就是由接收设备产生的复现信号与卫星广播后岗村 信号进

行相关完成的。北斗Ⅲ星共视法时间恃递就是位于不同

地点的两个（或多十）观测站用北斗卫星共视设备异

地同时｛精确到１秒Ｉ观测同一颗北斗卫星的同时标

信号测量本地时钟信号与该时标信号的伪距ｊ时间差

各自获得本地时钟与控制卫星时标信号的北斗时ＣＢＤＴ｝

之差经观测结果传递交换和再址理实现异地两两之

间的离精度时间传递其技专科热门专业 术优势在于可以消除或韶分

抵消北斗卫星ｌＲＤＳＳ／ＲＮＳＳ）单向授时过程若干共性偏

差或误差大大提高远距离卫星时间传递的准确度根

据北斗卫星的工作方式技术特征北斗卫星共视主要

有ＲＮＳＳ信号共视和ＲＤＳＳ信号共视两种方法示意框

图分别见图７圈８与其对应剂有ＲＤＳＳ

ＲＮＳＳ月

类北斗共视设备。北斗卫星共视时间传递的设备应有接

收解码测量控制数据处理以及信号，信息输＾

输出等功能。

北斗卫星共视法时间传递的关键除对设备硬件有际共视比对等多种手段与国际拂谓世界时ＵＴＣ进行不间

较高的要求外对共视设备软件的处理能力严格的同

时性观测管理和处理共视设备时间Ⅲ迟的比测标定

数据处理方法以及结果文件格式合理设计编制等等不仅两两ｚ问可以获得高精度时间同步而且通过中国

也有严格要享才能透过北斗卫星共视达到迸距离时问

同步精度优于ｌ到国家级国际级。绝对标准时间。

５ｎｓ。为推广北斗卫星共视技术和方便盘

多高精度时间同步用户应用Ｉ特别是需要远距离太范围

检测验证北斗或ＧＰＳⅡ星单向援时网同步精度的场台）

中国科学皖国家授时中心基于互联网新建７北斗／ＧＮＳＳ

共视授时服务系统。北斗共视法用户通过互联厨登陆该网

站按规范提交自己的北斗【或ＧＰＳ】卫星共视观测数据

该系统自动将该用户的其视观测数据与国家授时中ｒｕ的

连续观测的北斗ＧＰＳ

ＧＬＯＮＡＳＳ数据进行比对计算处

理得出该用户时钟与ＵＴＣ

ｆＮＴＳＣ）的相对偏差通过

互联弼以Ｅ－ＭＡＩＬ的形式逼回给用户。从用户捏变数据

到获得结果通常只需要几分钟，中国科学院国家授时中

万方数据

孙鸱Ｉｔ［１０２

Ｌｅｅ＜ｕｒｅｇ

导航讲痤

心有ｌＯ多台高精度铯原子钟氨原子钟组成的钟组保持

ＵＴＣ（ＮＴＳＣ）并通过洲际卫星双向时间传递ＧＮＳＳ洲

断的国际时间比对控制ｕＴｃ｛ＮＴＳＣ｝与ＵＴＣ豹偏差

保持在＋３０ｎｓ之内，因此任何使用北斗卫星共视的用户

科学院国家授时中心ＧＮＳＳ共视援时服务系统可以得

北斗卫星ＲＮＳＳ单向援时其特点是用户独立完成

用户数量不受限制设备简单使用简便；北斗卫星

ＲＤＳＳ双向援时的精度比单向授时要高可以作为检月Ｉ单

向授时精度设备用但需要发射应菩信号

占用北斗信

道资源用户量有限使用区域也受限并且容易暴露

用户目标与阁围其他电子设备相互干扰。北斗卫星共

视法时间传递可达到Ｉ

５ｎｓ或更高的时间同步精度可

用于检测单向援时设备精度或其他需要更高授时精度的

场台，它的使用也不受用户数量和日域限制可以与北

斗单向援时设备琏目我国电信产品

电同产品数字

自动化机械产品外销走向世界应用市场。北斗共视需

要有通信手腔支持共视观测数据交换。在互鞋网普Ⅱ的

今天数据交换也不难。

现代社会许多方面都对高精度授时提出应用需求

如电网运行｛见图９）移动通信高速数字通信金融

计算机网结安全数宇化广播电视网．电信网－计算机网

三网融合航空航天卫星发射及监控军用通信网，

侦察网／预瞀雷达网多兵种武器协同作战智能化交通

地质测绘导航气象地窿监测科学计量臧宠救

灾和国家安全等等都对高精度授∞提出应用需求这

斗卫星授时应用的太舞台。面对ＧＩ，Ｓ授时技术／设备自

领我国９（Ｐ／ｏ“上的Ⅲ星授时用户市场北斗Ⅱ星导航系

统及其援时应用担负着重大的历史使命。

是推动自主建设北斗卫星导航系统的强大因素也是北

后装企业纷纷“触网”

随着日上均＊的普Ⅱ的发展越来《；的女业钟情于这种储ｇ￥遘．汽车后蓑女业最近也＊起Ｔ一腱“日购热，

任我游与京东商域连赢旮作．东北年夜饭菜单 雄兵、”帮手午知｛＆业也许绮在日ｉｆ辟自。的销售平０，这种靖售行舟Ｒ是ｒ謇

宜＊”作的噱击逆是铺售的＊一Ｈｉ海呢＇这＃方式是；％够成自夸岳ｉ鲁的销ｅ＊道：对于这些目逦，△Ⅱ∞营

铺高层、萤蜻专章均抛女Ｔ自。的砚￡。

后装企业试水网Ｌ购物

勾７ｒ宽乘道．ＰＮＤ的“ｑ头羊”盎Ⅱ任我游镕续ｊ京《商城舍作．推女Ｔ日上田曲活自。据＃＊人士进瘁，

月畸ｚ“Ｎ十时，叛ｉ台产；就被哀＃抢购、这样的％果不Ｒ夸夸盘３壮高ｇ惊讶也让ｚ，Ⅱ导日仁太跬眼镜。

在汽车电子行Ⅲ．任我游并非摹一个Ｅ螃蟹畸人，

行业的龙岳毒太好帮手舟司＃每７疆奸的前瞻性，在卡Ⅱ连

；牌正ｎ之时，他∞耽’明日“秒杀”吸“Ｔ＆，

ｏ蛙连渐裢☆业接蹙．甚ｉ彤威一种趋势。

“Ｒ虫。的眼球．■ｄ说通过￥三方平０姑售自‘的产；．

月上请售之所Ⅸ能皓不断升｛，是目自．”目前伴琏目蝽成长矫揉造作的意思 起来的８０Ｂ、９０ｅｏ＆成为社会消膏的中２＾量，

他们￡经日情日络的＊捷和他制．ｏ疑不再满足于在月ｔ胸买日常用。他仉岳ｉ帚ｇ胸ｇ—ｈ苒所需的产；’．连

是记青在与任我游情售＊遗女贵人沟通时Ｔ饵刮的。

＾记者此前在连＊新扛采＆精商时也弭到Ｔ熹似的观点．“｝净是车机．迁是其他的汽车电子产品．产；；虚和

质量蝇采越得到土掌信任。井Ⅱ．现在＆种大量建４Ｓ店和＆艄商的模式．Ｔ能有一天告受到城市地价，人自资表提

升等诸，西素的局ｍ。”连＃情ｚ

Ｆ．目上昀轴悄炼鞋＾们接量．主＾人们的税缦；

赚取关注度还是成为销售摸式

ｉ拣目上曲轴之风刮遍在单走十ｅ装盘Ⅱ．｛昔是华南，Ｅ是华￥，都形成Ｔ一开势女。撩自．也有专车认为．

目前速十风朝迂惶但是营铕炒作的嚷头＾ｏ；

￡者认琦，目络采购汽车ｔ子产；茂童的Ｒ是锖售的《态现在￡｝还是奎Ⅱ策划女来的譬销嚷岳，准璃来说

就是。日络营销’；＊且，目竹的所讲目纬购特形式和体￥．应谊是ｔ装女Ⅲ实现日络＊铕的彤式．拳帝部舟销售时

环节和职能∞龌ｉ＊摆脱侍抗的４ｓＡＨ噩＆晡ｍ蜻ｅ糙式■单ｎ生存。

＊＾艘艰末来，“目自“迁是迎耒｛，罐拥之｝，或者能哆成冉一种新的发展《瞽。

（ｔ／司徒广璃）

ＤＩＧＩＴＣＷ

万方数据