使用全球定位系统的时间和频率测量（版）由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“时间和频率的测量”。
使用全球定位系统的时间和频率测量
迈克尔A.Lombardi，丽莎。纳尔逊，安得烈，诺维克，张胜利S.美国国家标准与技术研究院的时间和频率划分
这篇文章介绍了全球定位系统（GPS）卫星信号是被用来进行时间和频率的计量的。文章讨论了GPS接收器能怎样为频率校准和实间同步提供一个参考信号。它也解释了利用了几种类型的GPS信号测量时间和频率。这些包括单向或直接接收测量，单和多通道共视的测量，和载波相位测量。讨论了ＧＰＳ信号可以提供国家的可追溯性和国际标准得可追溯性。介绍ＧＰＳ
GPS，众所周知的一种全球定位工具，也已经成为发布时间和频率的主要系统。GPS接收机是电信网络、校准和测试实验室中的固定装置。它们使时钟同步、校准和在任何设施中控制振荡器即可以用ＧＰＳ卫星视线安置一个室外天线接收装置。
ＧＰＳ卫星是被美国国防部（美国国防部）来控制和操作的。星座包括至少２４个卫星轨道在地球20200公里的高度在6个固定的飞机倾向于从赤道55°。轨道周期是11小时58分钟,这意味着一个卫星绕地球飞行每天两次。通过处理从卫星收到信号,GPS接收器可以确定其位置GPS卫星广播两个载波频率: 在1575.42 MHz L1,L2为1227.6 MHz。每颗卫星广播扩展频谱波形,称为伪随机噪声在L1和L2(打印)代码,并且每个卫星它是由打印标识代码传送。有两个类型的打印代码。第一个类是一个粗糙的收购(C / A)代码与芯片的1023芯片每毫秒。第二种类型是一个精密芯片的速(P)的代码10230芯片每毫秒。C / A码是广播在L1,广播L1和L2 P代码。GPS接收视线,这意味着天空的天线必须有一个明确的观点。如果一个晴朗的天空视图是可用的,可以收到近的信号地球上的任何地方每个卫星携带铷和铯振荡器,或两者的结合。车载的振荡器为载体和提供参考代码广播。他们带领USDOD地面站和引用协调世界时(UTC)由美国海军维护天文台(USNO)。经双方协议UTC(USNO)维护和UTC(NIST)在100 ns,这两个时间尺度之间的频率偏移是
GPS接收设备有几种类型的GPS接收器使用和频率计量。成本、大小和设计的从模型的GPS定时接收机有着显著的不同模型,但大多数都有个共同的特性。大多数接收器使用C /代码L1频率播出作为他们的时间和频率参考。最能同时从8到12卫星追踪,可以提供时间和频率信号来自一个平均的卫星视图。大多数提供time-ofday和日期信息在计算机可读的格式,通过rs11彼此。由于频率漂移和老龄化问题,这个需求不可能会见石英振荡器,和困难会见铷振荡器,因为他们需要定期调整。铯振荡器将很容易满足要求,但他们的高成本使它不切实际的购买多个单位。很容易看到GPSDO电信是一个很好的解决方案网络问题。两个其他类型的GPS接收器用于越多本文中描述的专业测量。Common-view GPS接收器实际上是集成结合标准GPS定时接收机的系统测量硬件和软件。这种硬件和软件使系统测量个人卫星和存储结果,这样他们就可以稍后处理。Carrier-phase GPS接收器是大地的设计和测量应用。通常更昂贵的比传统的时间和频率接收器,他们跟踪和衡量L1和L2载波频率。他们的潜力定位性能特殊,L1航空公司只是19厘米波长和定位的不确定性通常是用厘米来衡量甚至毫米。当用于时间和频率测量,收集的数据必须存储可以稍后处理。GPS天线使用大部分的接收器这里描述很小,通常直径
单向
因此,时间和频率接收器通常存储单一位置固定,使用同样的位置上。许多接收器时自动启动调查他们正在打开。在这个过程结束的时候,前面面板指示器告诉操作员,接收者是准备好了 使用。一旦完成信号采集,输出从接收机连接到测量信号系统。时间同步测量,1 pps信号从接收方通常是作为一个输入时间间隔计数器。频率测量的例如,频率输出(10 MHz)GPSDO作为一个相位比较器的输入,或用作吗外部时基频率计数器。单向性能自带领GPS卫星传输信号同意UTC,长期GPS精度接收方一直都是优秀的。的性能C /代码接收器成为更好的5月2日,2000年(51666年MJD)当USDOD集选择性的可用性(SA)为零。SA是一个USDOD指令,可用于有意引入GPS信号减少噪音它的定位和定时精度。图1是一个阶段情节显示典型的GPS接收器,数据记录在立即SA将之前和之后零。图1所示。相图显示之前和GPS性能 在SA被设置为0。
10分钟的数据点如图1所示 通过比较平均接收的信号pps典型的GPS定时接收机的输出
UTC(NIST)使用时间间隔计数器。图2显示了 15天内立即收到阶段
2000年5月2日。在此期间,收到peak-topeak变化阶段数据
图2。GPS接收器和UTC(NIST)在SA后15天时间间隔设置为0。图3。频率稳定度(Allan偏差)的GPS接收机在SA被设置为0 图3显示的稳定性接收机是near1 x 10-1天,相位噪声持续平均下来直到稳定性达到十14部分。虽然不是如图3所示,这个接收器的相位噪声限制了短期稳定在1 s 10 9部分。如果你选择
发布频率从GPSDO获得,或使用它作为参考测量系统,确保其短期稳定满足您的需求。虽然GPSDOs可以校准几乎任何频率标准测量段1天或更长时间,他们通常不适合测量振荡器稳定
与单向GPS建立可追溯性可追溯性的定义告诉我们,可追踪的 测量需要一个“完整的链
比较所有规定的不确定性。“这链通常来源于与国际或国家标准。[1]为了显示跟踪通过GPS,NIST的链必须扩展从GPS测量NIST。我们提供两个例子(表2和图3)如何记录追溯链。两个链显示追溯回UTC(NIST),和回到国际单位制(SI)由局国际des重量等维护措施(BIPM)。记住,每一个环节的追溯链涉及比较引用和被测设备或信号。链接的不确定性A、B和C非常小,几乎没有对大多数测量结果。
然而,他们必须记录在建立追溯链。链接的不确定性A和B可以计算从BIPM Circular-T,发表双月刊,并可在www.bipm.fr /金星/ 5 _scientific / c_time / time.html 另一个网站建立链接可以找到 在NIST的时间和频率划分的网站: www.boulder.nist.gov timefreq /酒吧/公告/ nistusno.htm 从公布的数据可以建立链接C USNO:tycho.usno.navy.mil / gps_datafiles.html链接D的不确定性是依赖于接收器的。不 所有的GPS接收器都是平等的,一些模型介绍了比其他人更多的不确定性。两个因素,导致收机性能的质量接收机的本地振荡器和软件的质量从卫星获得的算法处理数据。建立链接D需要陈述的不确定性规范时,接收者将达到或超过正常运营。制造商的规范是一个
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