一种亚纳秒级远程时间比对/传递系统误差测试方法技术方案

本发明专利技术提供了一种亚纳秒级远程时间比对/传递系统误差测试方法，使用一套可搬移的双向移动校准站，与被测系统并址安装，同时测量两地时钟信号的时差，在高精度校准自身系统误差的基础上，测得两地时钟信号时差的真值，用该结果校准被测系统测得的两地时钟信号时差值，从而得到被测系统测量远程时间的系统偏差，即为该系统的系统误差。本发明专利技术提高了远程时间比对系统的准确度，提高基于卫星双向或共视方法的异地时钟比对、同步精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种远程时间比对/传递系统误差测试方法。
技术介绍
通常所说的时间由时刻和时间间隔两部分组成，基本时间间隔的单位是秒，而时刻是由国际统一协商确定，二者密不可分。根据时间定义可知，独立运行的原子钟，即使有最准确的秒间隔，因为没有与参考标准时间对应的时刻量，也不能产生时间。为了统一全世界的时间，国际计量委员会协调各国，规定协调世界时UTC是国际上统一的法定时间，并规定了秒间隔和时刻。国际计量局(BIPM)负责并建立国际时间频率基准，时间频率信号能在全世界范围传递的特殊性质，使其不像其它量值传递需要层层递进，这也为在全世界范围内统一时间创造了条件。各国的时间频率基准通过远程时间、频率比对，与其保持同步，从而使各国时间保持一致性。随着各行业对时间统一精度要求越来越高，纳秒级甚至更高精度的时间同步需求逐渐成为发展趋势，针对这类需求，目前已经发展了卫星双向时间频率传递方法、卫星共视等能实现几个纳秒远程时间比对精度的方法，但是这类方法受测试安装条件、测试仪器体积较大、测试持续性要求等原因限制，难以精确标定测试系统的系统误差，导致对远距离时钟之间时差测试结果存在确定的系统偏差，并且受仪器自身时延慢变化的影响，该系统偏差非固定值，有研究表明，卫星双向比对系统的系统误差在7年间变化了约7ns，并且系统误差的变化方向随机，难以通过某种已知的规律进行补偿。表1主要授时手段及其性能汇总表由上表可知，各种授时手段覆盖了不同精度时频信号需求，其中对于纳秒级时间比对方法，为了保证比对结果的精度，需要对设备时延等导致系统误差的项目进行校准，包括导航系统授时、卫星共视、卫星双向比对、光纤时间频率传递等方法，比对规范均建议应定期校准比对系统的系统误差。根据测试规范要求，对被测系统的系统误差校准需要使用具有更高计量标准的设备或系统，通常要求高出被测系统精度性能三倍或甚至一个数量级才足以给出客观的测试结果。目前，综合考虑设备可用性、支出成本、性能需要等各种客观条件，不同的远程时间比对系统有不同的测量方法、测量设备校准系统误差可供选择，主要有以下两种方法：1)移动站法如卫星共视、卫星双向比对的系统误差主要来源于设备时延，因此主要采用的方法是使用一台移动设备P，分别与参与比对的两台设备A和B进行零基线共钟测试，分别测得A相对于P的设备时延，以及B相对于P的相对设备时延，然后假定P设备的时延在两段测试期间为固定值，使用两组测试结果相减，抵消移动设备P的时延量，从而得到A和B两台设备的相对时延。这种方法较为常用，优点是移动设备搬运方便，测试成本主要是运输与时间，缺点是不同的比对系统需要不同类型的移动设备，通用性不强，且受设备搬运、拆装对设备时延影响，不能保证每次测试的移动站设备时延固定不变，因此测量不确定度在纳秒量级。2)模拟器法模拟器法是使用信号模拟器模拟信号，测试设备的绝对时延。模拟器法需要购买信号模拟器，一次性成本投入较高，对于位于异地的远程时间比对设备使用不方便，不适用需要定期校准的远程时间比对系统，常用于初始设备时延校准场合。移动参考站法校准设备时延的不确定度到纳秒量级，模拟器法不适用定期校准，并且需要注意的是，无论是移动参考站法还是模拟器法，测试的主要目标是设备时延，设备时延是远程时间频率比对系统系统误差的主要来源，可能还存在信号空间传播路径不对称等时延量的影响，仅校准设备时延不能满足系统误差校准需求。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种亚纳秒级远程时间比对/传递系统误差校准方法，能够提高对远程时间频率比对系统的系统误差校准准确度，满足不同远程 比对系统的系统误差校准需求，远程时间比对精度达到纳秒级，可适用于卫星共视、卫星双向等远程时间比对/传递系统的系统误差测试。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：步骤一，在被测A站，将两套完全相同的双向移动校准设备放置在一起，以被测A站远程时间比对系统的参考时间为两套双向移动校准设备提供参考；两套双向移动校准设备通过卫星互发互收，进行零基线比对，比对结果T1即为两套双向移动校准设备在被测A站环境下的相对时延；步骤二，将任意一套双向移动校准设备移动到被测B站，使用被测B站远程时间比对系统的参考时间为参考，通过卫星与被测A站的双向移动校准设备建立双向时间频率传递链路，进行两地时差测试，测得的结果T2中包含被测A、B两站远程时间比对系统参考时间的钟差和两套移动校准设备相对时延；步骤三，在被测B站，将两套双向移动校准设备放置在一起，以被测B站远程时间比对系统的参考时间为两套双向移动校准设备提供参考；双向移动校准通过卫星互发互收，进行零基线比对，比对结果T3为两套双向移动校准设备在被测B站环境下的相对时延；步骤四，计算T1和T3的均值，作为两套双向移动校准设备自身的相对时延；步骤五，在T2中扣除两套双向移动校准设备自身的相对时延，得到被测A、B两站远程时间比对系统的参考时间的钟差真值，与被测A、B两站远程时间比对系统的实际测得钟差相减，得到被测系统测量远程时间的系统误差，用于校准该远程时间测量系统。所述的双向移动校准站包括射频发射与接收单元、基带处理单元、时间间隔测量单元、数据采集与处理单元。所述的射频发射与接收单元以被测远程时间比对系统同源输出的10MHz为参考，将基带处理单元产生的70MHz信号上变频并放大，经双工器和天线向卫星发射，同时接收卫星下行的外站信号，经过低噪放大后下变频到70MHz，送到基带处理单元；在向卫星发射信号的同时，从天线口面耦合一部分信号，经测试转发器下变频后，供基带处理单元测量，对设备时延进行校准；所述的基带处理单元包括发射终端和接收终端，发射终端根据A站或B站的参考时间信号产生测距码和调制信号，将信号调制到70MHz中频；接收终端接收卫星下行信号和从天线口面耦合的信号，测量出伪距，将测量结果送交数据采集与处理单元；所述的时间间隔测量单元测量A站或B站的参考时间信号与基带处理单元内部产生的1pps信号的时差，将时差送交数据采集与处理单元；所述的数据采集与处理单元对基带处理单元测量的伪距与解调得到的外站测量结果进行分析，结合时间间隔测量单元的测量结果，计算得到被测系统的系统误差结果。本专利技术的有益效果是：利用同一地点的时钟信号可以被分配多个信号，且各信号之间高度相关，具有确定相位关系的属性，使用一套可搬移的双向移动校准站，与被测系统并址安装，同时测量两地时钟信号的时差，在高精度校准自身系统误差的基础上，测得两地时钟信号时差的真值，用该结果校准被测系统测得的两地时钟信号时差值，从而得到被测系统测量远程时间的系统偏差，即为该系统的系统误差。本专利技术的主要贡献是校准远程时间比对系统的系统误差到0.5ns以内，提高了远程时间比对系统的准确度，提高基于卫星双向或共视方法的异地时钟比对、同步精度。附图说明图1是TWSTFT工作原理图；图2是单套双向移动校准设备组成示意图；图3是本专利技术的方法流程图；图4是测试前设备自身系统误差标定工作原理图；图5是系统误差测试原理图；图6是测试后设备自身系统误差标定工作原理图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术能够解决远距离时间比对/传递系统的系统误差难本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亚纳秒级远程时间比对/传递系统误差测试方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一，在被测A站，将两套完全相同的双向移动校准设备放置在一起，以被测A站远程时间比对系统的参考时间为两套双向移动校准设备提供参考；两套双向移动校准设备通过卫星互发互收，进行零基线比对，比对结果T1即为两套双向移动校准设备在被测A站环境下的相对时延；步骤二，将任意一套双向移动校准设备移动到被测B站，使用被测B站远程时间比对系统的参考时间为参考，通过卫星与被测A站的双向移动校准设备建立双向时间频率传递链路，进行两地时差测试，测得的结果T2中包含被测A、B两站远程时间比对系统参考时间的钟差和两套移动校准设备相对时延；步骤三，在被测B站，将两套双向移动校准设备放置在一起，以被测B站远程时间比对系统的参考时间为两套双向移动校准设备提供参考；双向移动校准通过卫星互发互收，进行零基线比对，比对结果T3为两套双向移动校准设备在被测B站环境下的相对时延；步骤四，计算T1和T3的均值，作为两套双向移动校准设备自身的相对时延；步骤五，在T2中扣除两套双向移动校准设备自身的相对时延，得到被测A、B两站远程时间比对系统的参考时间的钟差真值，与被测A、B两站远程时间比对系统的实际测得钟差相减，得到被测系统测量远程时间的系统误差，用于校准该远程时间测量系统。...

【技术特征摘要】
1.一种亚纳秒级远程时间比对/传递系统误差测试方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一，在被测A站，将两套完全相同的双向移动校准设备放置在一起，以被测A站远程时间比对系统的参考时间为两套双向移动校准设备提供参考；两套双向移动校准设备通过卫星互发互收，进行零基线比对，比对结果T1即为两套双向移动校准设备在被测A站环境下的相对时延；步骤二，将任意一套双向移动校准设备移动到被测B站，使用被测B站远程时间比对系统的参考时间为参考，通过卫星与被测A站的双向移动校准设备建立双向时间频率传递链路，进行两地时差测试，测得的结果T2中包含被测A、B两站远程时间比对系统参考时间的钟差和两套移动校准设备相对时延；步骤三，在被测B站，将两套双向移动校准设备放置在一起，以被测B站远程时间比对系统的参考时间为两套双向移动校准设备提供参考；双向移动校准通过卫星互发互收，进行零基线比对，比对结果T3为两套双向移动校准设备在被测B站环境下的相对时延；步骤四，计算T1和T3的均值，作为两套双向移动校准设备自身的相对时延；步骤五，在T2中扣除两套双向移动校准设备自身的相对时延，得到被测A、B两站远程时间比对系统的参考时间的钟差真值，与被测A、B两站远程时间比对系统的实际测得钟差相减，得到被测系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娅，李孝辉，陈晓堂，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西;61