GPS和北鬥衛星導航係統授時功能實現原理

GPS和北鬥衛星導航係統授時功能實現原理
授時可以分為三步來完成：1、有一個基準源；2、知道自己與基準的差；3、算個加減法
1：無論GPS和北鬥衛星上一般搭載原子鍾，老GPS是銫鍾，部分新星是銣鍾。鍾的頻率考慮了相對論效應，保證衛星距離引力場的距離和高速運動帶來的相對論效應下依然能達到設計頻率，做法是假設要產生精確10.23Mhz，實際調校的頻率是比這個差一點點的，剛好抵消掉相對論效應。有了這樣精確的時鍾，加上地麵站的不斷校正，GPS會在自己的電文中播發一個GPS時間，播發這個時間的幀的第一個bit的邊沿是和這個時間值嚴格對應的。比如播發的時間是1445s（指從這一周開始經過的秒數，稱周內秒），那麼這一幀的第一個bit反轉的邊沿就應該剛好從這個時刻從天線出去。這樣通過測量這個反轉沿，可以在本地恢複出一個精確的秒的變化邊沿，這個邊沿是與發射時刻同步的，而接收機要授時是要獲得精確的本地時間，那麼剩下的就是計算信號從天線傳播到接收機經過的時間了。
2：這一步比較複雜，基本實現方法是通過解方程的方式完成，通過設一個本地與衛星原子鍾差的未知數Δt。這一步和定位是一起完成的，也就是說定位精度越高，其授時精度理論上也應該越高。基本定位方法是通過對衛星信號中播發的C/A碼進行觀測，計算接收機與至少4顆衛星的距離（這個距離就是前麵各位說的偽距，它並不是真實的距離，實際上應該是真實距離加上光速乘以之前設的未知數Δt，所以接下來可以列方程求出它）。然後是根據衛星播發的電文中的軌道參數，計算出能看到的每一顆衛星的具體位置。然後再設接收機坐標xyz三個未知數，連立4個三維空間求距離的方程，左邊是xyz與衛星的距離，右邊是偽距加上c*Δt，這樣就可以解出xyz和Δt了。由於偽距觀測量會有誤差，所以定位和授時會有誤差，所以GPS的定位精度是有上限的，除非使用載波測量的方式可以極大提高精度，這個就不說了....
3：獲得了2裏麵的時間差Δt之後，和1裏麵的秒反轉沿進行加減運算即可獲得精確的GPS時間，然後根據GPS和UTC時間的變換關係就可以獲得精確的UTC時間。