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北斗时频传递链整体绝对校准技术研究

梁坤 焦祥旭 余沺

梁坤, 焦祥旭, 余沺. 北斗时频传递链整体绝对校准技术研究[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(11): 4117-4126. doi: 10.11999/JEIT230844
引用本文: 梁坤, 焦祥旭, 余沺. 北斗时频传递链整体绝对校准技术研究[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(11): 4117-4126. doi: 10.11999/JEIT230844
LIANG Kun, JIAO Xiangxu, YU Tian. Research on the Integrated Absolute Calibration of BeiDou Time and Frequency Transfer Chain[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(11): 4117-4126. doi: 10.11999/JEIT230844
Citation: LIANG Kun, JIAO Xiangxu, YU Tian. Research on the Integrated Absolute Calibration of BeiDou Time and Frequency Transfer Chain[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(11): 4117-4126. doi: 10.11999/JEIT230844

北斗时频传递链整体绝对校准技术研究

doi: 10.11999/JEIT230844
基金项目: 国家重点研发计划(2021YFB3900704),国家铁路智能运输系统工程技术研究中心开放课题
详细信息
    作者简介:

    梁坤:男,教授,研究方向为精密测量、时间频率标准产生、精准测量、传递和同步(守时、授时)等

    焦祥旭:男,硕士生,研究方向为精密测量、时间频率传递和同步等

    余沺:男,硕士生,研究方向为精密测量、时间频率传递和同步等

    通讯作者:

    梁坤  liangk@bjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TB939

Research on the Integrated Absolute Calibration of BeiDou Time and Frequency Transfer Chain

Funds: The National Key R&D Program of China (2021YFB3900704), The Open Foundation of National Railway Intelligence Transportation System Engineering Technology Research Center
  • 摘要: 全球导航卫星系统(GNSS)时频传递因其较好的不确定度水平及使用方便等特点,已成为当前应用最广泛的时频传递技术。时频传递链校准是时间和频率量值精准传递的关键与必要前提,传统的分步绝对校准技术存在校准步骤复杂、不确定度来源多的问题。针对上述问题,该文提出一种整体绝对校准技术,对北斗卫星导航系统(BDS)时频传递链进行整体一次性校准,测量不确定度更低。通过对时频传递链整体绝对校准方法的研究,搭建了时频传递链整体绝对校准系统及实验平台,实现了北斗时频传递链的整体与分步绝对校准实验,评估其不确定度。结果表明两种方法校准结果一致性优于1.76 ns,合成标准不确定度分别评定为0.80 ns与1.00 ns。
  • 图  1  时频传递链整体绝对校准原理

    图  2  GNSS模拟器校准原理

    图  3  采样数据相干解调处理算法原理

    图  4  发射天线校准原理

    图  5  参考时延测量原理

    图  6  BDS B1I频点伪距解算结果

    图  7  GPS L1C/A频点伪距解算结果

    图  8  GPS L1C/A频点GNSS模拟器校准

    图  9  PPS信号3次样条插值前后插值比对

    图  10  射频传播时延校准现场图

    图  11  时频传递主机分步绝对校准原理

    表  1  时频传递链TL07整体绝对校准结果(ns)

    tint tsim tair thorn tref-int trx-int
    BDS B1I 339.93 151.10 2.00 1.75 57.25 242.33
    GPS L1C/A 471.04 256.90 2.00 0.85 36.11 247.40
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    表  2  时频传递链TL07分步绝对校准结果(ns)

    tsep tsim tgnss tref-sep tcab trx-sep
    BDS B1I 97.58 151.10 14.43 57.24 222.42 240.57
    GPS L1C/A 227.07 256.90 17.48 36.06 222.42 246.13
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    表  3  发射天线校准不确定度评估(ns)

    校准不确定度来源 类型
    天线相位中心路径测量 B 0.01
    天线相位中心稳定性 B 0.02
    开关机特性 B 0.13
    GNSS射频信号输入功率电平 B 0.10
    GNSS模拟器通道间偏差 B 0.01
    热灵敏度 B 0.20
    重复性 A 0.16
    合成标准不确定度 / 0.31
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    表  4  GNSS模拟器校准不确定度评估(ns)

    校准不确定度来源 类型
    高速实时示波器分辨率 B 0.05
    高速实时示波器触发误差 B 0.20
    相干数据处理 B 0.20
    开关机特性 B 0.50
    配置RF功率 B 0.10
    合成标准不确定度 / 0.59
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    表  5  参考时延测量不确定度评估(ns)

    校准不确定度来源 类型
    时间间隔计数器分辨率误差 B 0.10
    时间间隔计数器相对误差 B 0.05
    重复性 A 0.06
    合成标准不确定度 / 0.13
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    表  6  伪距解算不确定度评估(ns)

    校准不确定度来源 类型
    GNSS模拟器通道间偏差 B 0.01
    热灵敏度 B 0.20
    开关机特性 B 0.13
    GNSS射频信号输入功率电平 B 0.10
    重复性 A 0.18
    合成标准不确定度 / 0.32
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    表  7  整体绝对校准不确定度评估(ns)

    校准不确定度来源
    发射天线校准 0.31
    GNSS模拟器校准 0.59
    参考时延测量 0.13
    伪距解算 0.32
    合成标准不确定度 0.80
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    表  8  GNSS天线校准不确定度评估(ns)

    校准不确定度来源 类型
    天线相位中心路径测量 B 0.01
    天线相位中心稳定性 B 0.02
    开关机特性 B 0.13
    RF输入功率电平 B 0.10
    模拟器通道间偏差 B 0.01
    热灵敏度 B 0.20
    发射天线校准 B 0.31
    重复性 A 0.18
    合成标准不确定度 / 0.44
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    表  9  天线馈线校准不确定度评估(ns)

    校准不确定度来源 类型
    矢量网络分析仪两接口初始校准 B 0.20
    线缆形变 B 0.15
    温度效应 B 0.12
    转接头 B 0.40
    重复性 A 0.20
    合成标准不确定度 / 0.53
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    表  10  时频传递主机校准不确定度评估(ns)

    校准不确定度来源 类型
    GNSS模拟器校准 矢量网络分析仪两接口初始校准 B 0.20
    线缆形变 B 0.15
    温度效应 B 0.12
    转接头 B 0.40
    重复性 A 0.20
    参考时延测量 时间间隔计数器分辨率误差 B 0.10
    时间间隔计数器相对误差 B 0.05
    重复性 A 0.06
    伪距解算 模拟器通道间偏差 B 0.01
    热灵敏度 B 0.20
    开关机特性 B 0.13
    RF输入功率电平 B 0.10
    重复性 A 0.18
    合成标准不确定度 / 0.63
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    表  11  分步绝对校准不确定度评估(ns)

    校准不确定度来源
    GNSS天线校准 0.44
    天线馈线校准 0.53
    时频传递主机校准 0.63
    合成标准不确定度 1.00
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    表  12  绝对校准步骤比对

    校准步骤 整体 分步
    发射天线校准
    GNSS天线校准 ×
    天线馈线校准 ×
    GNSS模拟器校准
    参考时延测量
    伪距解算
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    表  13  绝对校准结果比对(ns)

    序号 整体 分步 偏差
    BDS B1I 校准结果 242.33 240.57 1.76
    不确定度评定 0.80 1.00 /
    GPS L1C/A 校准结果 247.4 246.13 1.27
    不确定度评定 0.80 1.00 /
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  • [1] PETIT G and DEFRAIGNE P. Calibration of GNSS stations for UTC[J]. Metrologia, 2023, 60(2): 025009. doi: 10.1088/1681-7575/acbd52
    [2] DELPORTE J and VALAT D. CNES Accurate monitoring of GNSS time scales based on absolute calibration[C]. 2022 Joint Conference of the European Frequency and Time Forum and IEEE International Frequency Control Symposium, Paris, France, 2022: 1–5.
    [3] 梁坤, 张爱敏. GLONASS时间频率传递研究[J]. 计量学报, 2011, 32(2): 172–177. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2011.02.17

    LIANG Kun and ZHANG Aimin. Study on time and frequency dissemination by GLONASS[J]. Acta Metrologica Sinica, 2011, 32(2): 172–177. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2011.02.17
    [4] REN Zhiling, GONG Hang, PENG Jing, et al. Common-view time transfer with BeiDou new navigation signals[C]. The 15th International Congress on Image and Signal Processing, BioMedical Engineering and Informatics (CISP-BMEI), Beijing, China, 2022: 1–5. doi: 10.1109/CISP-BMEI56279.2022.9980287.
    [5] LI Guojun, WANG Cunjun, and YE Huchun. Performance analysis of BeiDou-3 common-view time transferring[J]. Chinese Astronomy and Astrophysics, 2022, 46(4): 471–485. doi: 10.1016/j.chinastron.2022.11.006
    [6] PETIT G, JIANG Z, UHRICH P, et al. Differential calibration of Ashtech Z12-T receivers for accurate time comparisons[C]. The 14th European Frequency and Time Forum, Turin, Italy, 2000: 40–4.
    [7] PETIT G, JIANG Zhiheng, WHITE J, et al. Absolute calibration of an Ashtech Z12-T GPS receiver[J]. GPS Solutions, 2001, 4(4): 41–46. doi: 10.1007/pl00012865
    [8] VALAT D and DELPORTE J. Absolute calibration of timing receiver chains at the nanosecond uncertainty level for GNSS time scales monitoring[J]. Metrologia, 2020, 57(2): 025019. doi: 10.1088/1681-7575/ab57f5
    [9] GARBIN E, DEFRAIGNE P, KRYSTEK P, et al. Absolute calibration of GNSS timing stations and its applicability to real signals[J]. Metrologia, 2019, 56(1): 015010. doi: 10.1088/1681-7575/aaf2bc
    [10] KASAT N, NEELAPPA S A, SINGH F B, et al. Absolute calibration of NavIC reference receiver[C]. 2022 URSI Regional Conference on Radio Science, Indore, India, 2022: 1–4.
    [11] LIANG Kun, FELICITAS A, GERARD P, et al. Evaluation of BeiDou time transfer over multiple inter-continental baselines towards UTC contribution[J]. Metrologia, 2018, 55(4): 513–525. doi: 10.1088/1681-7575/aac586
    [12] LIANG Kun, ZHANG Aimin, YANG Zhiqiang, et al. Experimental research on BeiDou time transfer using the NIM made GNSS time and frequency receivers at the BIPM in Euro-Asia link[C]. 2017 Joint Conference of the European Frequency and Time Forum and IEEE International Frequency Control Symposium, Besancon, France, 2017: 788–797. doi: 10.1109/FCS.2017.8089036.
    [13] 陶香琴. 标准钢卷尺测量结果不确定度评估[J]. 中国计量, 2005(2): 66–69. doi: 10.16569/j.cnki.cn11-3720/t.2005.02.045

    TAO Xiangqin. Uncertainty assessment of measurement results of standard steel tape measure[J]. China Metrology, 2005(2): 66–69. doi: 10.16569/j.cnki.cn11-3720/t.2005.02.045
    [14] 国家质量监督检验检疫总局. JJF 1403-2013 全球导航卫星系统(GNSS)接收机(时间测量型)校准规范[S]. 北京: 中国质检出版社, 2013.

    General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine. JJF 1403-2013 Calibration specification for GNSS receivers used in time measurement[S]. Beijing: China Quality Inspection Press, 2013.
    [15] ROVERA D, ABGRALL M, UHRICH P, et al. Techniques of antenna cable delay measurement for GPS time transfer[C]. 2015 Joint Conference of the IEEE International Frequency Control Symposium & the European Frequency and Time Forum, Denver, USA, 2015: 239–244. doi: 10.1109/FCS.2015.7138832.
    [16] LIANG Kun, FELDMANN T, BAUCH A, et al. Performance evaluation of NIM GPS receivers in use for time transfer with PTB[C]. The EFTF-2010 24th European Frequency and Time Forum, Noordwijk, Netherlands, 2010: 1–8. doi: 10.1109/EFTF.2010.6533694.
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-04
  • 修回日期:  2023-10-18
  • 网络出版日期:  2023-10-23
  • 刊出日期:  2023-11-28

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