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技术文章
 
GPS时钟授时原理
点击次数:668 发布时间:2016-09-27

   GPS(Global Position System,全球定位系统),全称为NAVSTAR GPS(NAVigation Salite Timing And Ranging Global Position System,导航星测时与测距全球定位系统)。GPS是一个由美国国防部开发的空基全天侯导航系统,它用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求。
      gps时间实施的是“到达时间差”(时延)的概念:利用每一颗GPS卫星的位置和连续发送的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。
      在GPS时间观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差,在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响,在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱,因此定位精度将大大提高,双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分,在精度要求高,接收机间距离较远时(大气有明显差别),应选用双频接收机。
      按定位方式,GPS定位分为单点定位和相对定位(差分定位)。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式,它只能采用伪距观测量,可用于车船等的概略导航定位。相对定位(差分定位)是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法,它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量,大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
      GPS卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号,供GPS接收机接收。由于传输的距离因素,接收机接收到信号的时刻要比卫星发送信号的时 刻延迟,通常称之为时延,因此,也可以通过时延来确定距离。卫星和接收机同时产生同样的伪随机码,一旦两个码实现时间同步,接收机便能测定时延;将时延乘 上光速,便能得到距离。
      每颗GPS授时卫星上的计算机和导航信息发生器非常地了解其轨道位置和系统时间,而全球监测站网保持连续跟踪卫星的轨道位置和系统时间。位于科罗拉 多州施里弗(Schriever)*基地内的主控站与其运控段一起,至少每天一次对每颗GPS卫星注入校正数据。注入数据包括:星座中每颗卫星的轨道位 置测定和星上时钟的校正。这些校正数据是在复杂模型的基础上算出的,可在几个星期内保持有效。
      GPS授时系统时间是由每颗卫星上原子钟的铯和铷原子频标保持的。这些星钟一般来讲到世界协调时(UTC)的几纳秒以内,UTC是由*观象台的“主钟”保持的,每台主钟的稳定性为若干个10-13秒。GPS卫星早期采用两部铯频标和两部铷频标,后来逐步改变为更多地采用铷频标。通常,在任一指定时间内,每颗卫星上只有一台频标在工作。

 
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