卫星授时原理
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技术介绍
UTC
总结
技术介绍
卫星授时是通过接收全球导航卫星系统（GNSS）提供位置和时间信息信号的授时技术，卫星授时技术目前在地震仪器的授时和校准技术上广泛应用，下图 展示了卫星授时技术三大模块的流程。其授时原理主要有几下几方面：1、多卫星协作：通常我们说到的GNSS系统他是多个卫星导航系统的统称，主要包括北斗、GPS、GLONASS、Galileo等国际主流导航系统，每个导航系统由多个卫星组成，如GPS由24颗卫星组成、北斗有约60颗卫星组成，并且这些卫星在全球范围内分布，并通过卫星上面的原子钟定期发送精确的时间信号。2、伪距测量：伪距测量技术是卫星导航和授时技术中关键的一步，地面接收器测量从不同位置的卫星发送的信号在空中传播时间，并且结合已知的卫星位置和相对运动参数，便可计算出自身的位置信息。接收到的卫星信号中包含了高精度的时间信息，地面接收机通过对这些信号进行解析后便可以实现授时。3、时间同步机制：为确保时间的精准性和可靠性，通常采用原子钟作为卫星的基准时间源，这样可以确保系统内卫星的时间高度一致。地面接收器在测算出不同卫星信号到达时间差，可以得到精确地时间偏移量，经过处理好的信号便可用于设备的本地时钟校正。卫星授时具有快速、高效、精准等独特的优势，我们通常使用主动式授时技术（即卫星内部高精度原子钟作为输出的时间信号），位于太空中的卫星将自身的高精度时间信号进行广播，这样可以用少量的卫星在全球范围内提供高精度的时间信号，并且由于卫星信号自身具有低噪声、传播路径干扰小等特点，且卫星授时也具备了高精度，低价格等优点，因此将其输出的 1PPS信号作为时间同步系统中的参考频率拥有不可替代的优势。
UTC
世界上第一个广泛运用的卫星导航系统GPS的时钟标准使用的是世界协调时间（UTC）。采用这种时间制式是考虑到人们日常生活中对均匀时间间隔的需求，与以地球自转为基础获取精准世界时时刻的要求。因此在GPS卫星内部，配备了与UTC时间保持高度同步的铯原子钟或氢原子钟。原子钟具有极高的稳定性记录时间，因此有足够的技术参数作为时钟源。地面接收机将捕捉GPS所广播的信息信号。而这些信号携带着定位信息、时间信息等有效信息，地面终端设备接收到信号后，会根据需要对信号进行解析计算，得到需要的信号来校准本地时钟，使本地时钟与GPS时钟达到同步状态，最终完成精确的时间传递任务，这一过程就被称为GPS授时。
由于设备的安装使用具有极高的灵活度，在这种状态下GPS授时是未知站址授时，其存在三个未知数，这时候时间也属于未知参数，因此需要与4颗GPS卫星进行通信连接。根据理论计算得到的4颗卫星的坐标分别为 i A， i B，C i 1 i 、2、3、4 ，设备位置坐标为 0 A， 0 B， 0 C，本地时钟相对于GPS时间钟差为 t，那么可以得到如下所示公式：
总结
将上述的方程组进行求解便可得到用户的数据 0 A， 0 B， 0 C和本地钟相对GPS时间的时差 t。然后便按 t修正本地时钟就可实现与GPS时间的同步。在上述的式子中为设备到4颗卫星伪距实测值，c表示为光速， t为本地时钟相对GPS时间的真时差， *R为本地钟相对GPS时间的真时差， GPS t为用户接收机收到的GPS时刻信号， U t 为本地时钟， SV t载钟相对于GPS时间时差，* 是星R c是直接测得的伪时差，卫星到地面接收机的总时延， R 只考虑卫星至接收机距离的时延， i 、 t 有电离层和对流层引入的附加时延， r 接收机天线、天线电缆及接收机本身引入存在的设备时延。如下图所示：
