全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）已經成為授時的最主要工具之一，在時鐘馴服、無線通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)等領域得到廣泛應用[1-3]。隨著第二代北斗系統(tǒng)區(qū)域組網的完成，目前的在軌衛(wèi)星有5顆地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星、4顆中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星和5顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星，初步形成了覆蓋亞太地區(qū)的定位、授時服務能力[4]。

1 實現原理
    下面將從基本測量值（偽距）出發(fā)說明GPS授時原理。如圖1所示，衛(wèi)星信號發(fā)射時間為ti的發(fā)射信號在tu時刻被接收機收到，該衛(wèi)星對應的偽距測量值為σi。估計出接收機時間與GPS時間的差別δtu=tu-tGPS，即實現了本地時間和GPS系統(tǒng)時間的同步。

2 授時精度分析
    衛(wèi)星接收機得到的偽距測量值有許多誤差源，這些誤差的統(tǒng)計特性直接影響測量值精度，進一步影響接收機定位授時的精度。本節(jié)以GPS系統(tǒng)為例，分析衛(wèi)星接收機授時精度。
    在非靜止或者位置未知的情況下，接收機定位和授時同時進行，位置和時間解的精度可以表示為幾何精度因子和偽距誤差因子之積[5-6]，即：
    
    

    時間間隔計數器利用FPGA搭建，利用單獨的50 MHz本地時鐘倍頻至fcnt=400 MHz作為計數時鐘，對1PPS上升沿之間的時間進行計數。這里時間間隔計數同樣會因為計數時鐘晶振的頻偏而引起計數誤差，通過對序列進行均值化處理查看其波動，圖5為2 h測試過程中記錄的BD2接收機時間間隔序列零均值化后的序列。
    計算得到該時間間隔序列的標準差為3.73 ns。由圖5可見，因為1PPS的參考時鐘fref≈100 MHz，所以時間間隔誤差大部分在-5 ns～5 ns之間波動，少量的波動幅度超過該范圍。

    該序列的均值為-0.052 ns，標準差為6.333 ns。由此可見，兩個接收機輸出的1PPS信號在1 s左右的周期時間序列具有高度的一致性。該序列的柱狀圖如圖7所示。    以目前的測試條件還無法測試BD2系統(tǒng)1PPS信號的絕對授時精度，但是其1PPS周期誤差的方差和標準差一定小于差分序列的相應統(tǒng)計量。由圖7也可以看出，誤差差分序列以均值為中心具有很好的對稱分布特性。

    本文分析了單向衛(wèi)星授時原理，從衛(wèi)星系統(tǒng)各個誤差源出發(fā)分析了理想的無源授時精度?；谧灾鏖_發(fā)的多模導航基帶和射頻芯片實現其授時功能，但是受限于1PPS信號產生電路的參考時鐘的頻率，產生的1PPS信號會有鋸齒波狀的相位噪聲。測試結果顯示，在本文所示的測試條件下，單BD2系統(tǒng)的無源授時精度優(yōu)于10 ns(1σ)。
參考文獻
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[3] 倪媛媛，胡永輝，何在民.北斗衛(wèi)星校準銣鐘單元的設計與實現[C].廣州：第三屆中國衛(wèi)星導航學術年會-S04原子鐘技術與視頻系統(tǒng)，2012.
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