基于脉冲星的共视时间比对方法技术

本发明专利技术提供了一种基于脉冲星的共视时间比对方法，接收并记录脉冲星的辐射信号，由本地原子钟作为参考记录观测时间，将设定观测时长内的脉冲星数据处理得到积分脉冲轮廓；对1颗脉冲星进行多次计时观测，将得到的积分脉冲轮廓与同一波段标准模板脉冲轮廓互相关，得脉冲到达天线时间TOA及其误差序列；将脉冲到达天线时间TOA通过时间转换模型转换为脉冲到达太阳系质心SSB处的TOA；将通过时间转换模型得到的SSB处的TOA与脉冲星钟模型预报的脉冲到达SSB处的TOA比较，获得脉冲星时与原子时之差；采用两地观测站同时观测同一颗脉冲星，获得两地钟差。本发明专利技术观测源多，可靠性好，抗干扰强，共视比对作用距离长。共视比对作用距离长。共视比对作用距离长。

【技术实现步骤摘要】
基于脉冲星的共视时间比对方法


[0001]本专利技术属于时频
，涉及一种时间比对方法。

技术介绍

[0002]时频传递比对技术是时间同步的基础，目前的时间比对方法主要分为有线和无线比对。有线比对是基于传输电缆进行时间比对，主要包括普通电缆连接和光纤时间比对两种，普通电缆直接连接比对主要用于实验室内原子钟间的时间比对，光纤时间比对作用距离远，可实现百公里级时间比对，且时间比对精度高，可达到几十皮秒量级精度。无线时间比对主要用于远程时间比对，主要包括卫星双向时间比对和卫星共视时间比对。基于导航卫星的共视时间比对具有成本低、使用方便等优点，是目前应用最多的高精度时间比对方法。
[0003]共视时间比对方法是相距一定距离的两个观测站，同时观测共视参考源获取本地时间与共视参考源的时间偏差，两个站点获得的观测数据求差，则得到两个观测站本地时间的偏差。共视时间比对方法可以消除参考源到两个观测者之间的时间传递共有误差，从而提高时间比对精度。根据共视比对原理，参考源的信号传播特性、位置误差、发播信号体制和基准时钟特性等都会影响共视时间比对的性能。基于GNSS卫星的共视比对方法，是基于人造参考基准源实现的，其可靠性、稳定性差，且参考源数量有限，部分地区可共视源有限，无法实现超远距离两地的共视比对，影响共视比对的应用范围。
[0004]脉冲星是致密天体，具有强磁场、强电场特性，辐射稳定的周期性脉冲信号，被誉为自然界最稳定的天然时钟，尤其毫秒脉冲星的长期稳定性被认为可以与原子钟相媲美，可应用于时频领域。脉冲星钟具有寿命长、可靠性高、服务范围广、不易受攻击等优点。脉冲自转频率特性可通过天文观测技术测量的非常精确，如脉冲星J0437
‑
4715通过计时观测技术，测量的自转频率值为：173.68794581218460089Hz，误差为：8.0E
‑
14Hz，自转频率不确定度(误差/自转频率)为：4.6E
‑
16。随着观测技术进步，我国建成的贵州FAST 500米口径射电望远镜已开始常规化观测脉冲星，未来平方公里射电阵(Square Kilometre Array，SKA)的建成，将使脉冲星自转频率测量精度不断提升，进一步加速脉冲星时的应用。
[0005]脉冲星可作为共视比对的天然时频基准源，实现两地时间同步。脉冲星作为基准源具有数量多(目前已发现3000多颗)，可视时间长(部分脉冲星对高纬度站点全天候可视)，脉冲信号可靠(寿命百万年量级)、稳定等特点。脉冲星距离遥远(信号到达地面可视为平面波)，可实现超远距离两地共视比对，且应用不受地域限制，地面
‑
>近地
‑
>深空领域。基于GNSS共视比对只适用于地面，通过基于脉冲星的共视时间比对技术还可实现地面与深空时间同步应用。另外，脉冲星为多波段宽频带辐射辐射，从射电频率(几百MHz)、光学到X射线，直至伽马射线都有辐射，可根据地域环境情况选择观测频段，避开干扰信号影响，具有抗干扰强特性。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于脉冲星的共视时间比对方法，基于天然频率基准源
‑
脉冲星实现两地共视时间比对技术，相比人造共视基准源
‑
GNSS卫星，观测源多，可靠性好，抗干扰强，共视比对作用距离长。
[0007]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：
[0008]1)接收并记录脉冲星的辐射信号，由本地原子钟作为参考记录观测时间，然后将设定观测时长内的脉冲星数据处理得到积分脉冲轮廓；
[0009]2)对1颗脉冲星进行多次计时观测，获得一系列积分脉冲轮廓，将得到的积分脉冲轮廓与同一波段标准模板脉冲轮廓互相关，得脉冲到达天线时间TOA及其误差序列；
[0010]3)将脉冲到达天线时间TOA通过时间转换模型转换为脉冲到达太阳系质心SSB处的TOA；
[0011]4)将通过时间转换模型得到的SSB处的TOA与脉冲星钟模型预报的脉冲到达SSB处的TOA比较，获得脉冲星时PT与原子时AT之差，即PT
‑
AT；
[0012]5)采用两地观测站同时观测同一颗脉冲星，获得两地钟差
[0013][0014]其中，和为两站点分别测量的脉冲到达时间，δ
clock
为两地原子钟修正项只差，δ
R
为两站点间的几何时延，δ
S
为两站点间的引力时延之差，δ
E
为两站点间的相对论时延之差，δ
A
两站点间的大气时延之差，δ
D
为两站点间的色散时延之差。
[0015]所述的步骤1)通过地面射电望远镜L波段接收并记录脉冲星的辐射信号。
[0016]所述的步骤1)将设定观测时长内的脉冲星数据通过消色散和周期折叠处理，得到高信噪比的积分脉冲轮廓。
[0017]所述的步骤2)中标准模板是由该脉冲星相比设定观测时长更长时间观测数据折叠而成的脉冲轮廓。
[0018]所述的时间转换模型其中，是以原子钟作为参考测量的脉冲到达观测站的时间，Δ
clock
是世界时UTC与地球时TT偏差，Δ
R
是Roemer延迟，Δ
S
是引力延迟，Δ
E
是爱因斯坦延迟，Δ
A
是地球大气引起的时间延迟，Δ
D
是色散延迟。
[0019]所述的步骤4)如果脉冲星处于双星系统中，则脉冲星钟模型预报脉冲到达SSB处的时间考虑双星系统引起的时延。
[0020]所述的脉冲星时PT与原子时AT之差其中，为脉冲星钟模型预报的脉冲到达SSB处的时间，为通过时间转换模型得到的脉冲到达SSB处的时间。
[0021]利用步骤(4)获得观测的每颗脉冲星PT
i
与观测站点1的原子钟AT1钟差序列PT
i
‑
AT1以及每颗脉冲星PT
i
与观测站点2的原子钟AT2的钟差序列PT
i
‑
AT2；将两站点观测同1颗脉冲星获得的数据PT
i
‑
AT1和PT
i
‑
AT2，按AT1‑
AT2＝(PT
‑
AT2)
‑
(PT
‑
AT1)计算获得共视第i颗脉冲星时间段内的两地钟差序列AT1‑
AT2；对共视观测的所有脉冲星重复以上步骤，获得一系列
共视时段的钟差序列；将钟差序列按时间顺序连接，则获得连续时间的两地钟差比对值AT1‑
AT2。
[0022]本专利技术的有益效果是：基于脉冲星共视比对，相比于脉冲星单向授时技术可以消除共同误差源，如参考基准脉冲星本身误差影响，包括自转参数误差、位置误差、双星轨道误差、脉冲星内部噪声等；还可降低路径上误差源影响，如地球历表误差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
和PT
i
‑
AT2，按AT1‑
AT2＝(PT
‑
AT2)
‑
(PT
‑
AT1)计算获得共视第i...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵成仕，童明雷，朱幸芝，高玉平，
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：