划重点 | 讲了这么多卫星,你懂卫星授时吗?

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什么是卫星授时？

目前的卫星授时主要是指卫星导航系统的授时。 卫星导航系统虽然是导航定位系统，但导航定位的基本原理是时间同步。 因此，卫星导航系统还具有授时功能，是目前应用最广泛的授时系统。 现有的卫星导航系统主要有美国的全球定位系统(GPS)和俄罗斯的全球导航卫星系统(GPS)。 正在建设的包括欧盟的系统和中国的北斗卫星导航系统。

卫星授时的工作原理

GPS卫星和北斗卫星都配备有原子钟（铯钟或铷钟）。 有了精确的时钟，再加上地面站的不断修正，卫星系统时间将非常准确。 卫星会在自己的消息中广播一个时间，这次广播的信号边缘严格对应这个时间值。 通过测量该边缘，可以在本地恢复精确的变化边缘，该边缘与发射时刻同步。 导航消息提供当前时刻的“周数”。 该周数是从北斗或GPS系统的启动时间开始计算的。 另外，通过计算调制在载波上的伪随机码的信息，还可以获知当前星期。 秒，有了这个信息，就可以实现计时功能了。

常用计时方法

卫星授时是利用卫星作为时间参考源或转发中介，通过接收卫星信号并进行时延补偿，在本地恢复原始时间的过程。 根据工作原理，卫星授时分为RNSS授时和RDSS授时两种方法。

如果卫星携带有高精度的时间源，其导航信号就是根据该时间源产生的。 用户可以通过接收多个卫星信号来实现伪距测量和定位解决方案，从而实现自身的时间同步。 这种定位或授时方式称为RNSS定位或授时，如GPS和目前正在建设的北斗卫星导航系统。

RNSS授时分为定位授时和位置保持授时两种方式。 定位授时是指用户在实现定位解算时实现时间同步； 位置保持授时是指用户在位置保持不变的情况下只需要接收1到2颗卫星。 卫星可以实现保持给定精度的授时。

如果卫星本身没有高精度时间源，则接收来自地面站的信号，然后以确定的延迟进行转发。 这个过程称为RDSS授时或转发授时，如CAPS、北斗卫星导航实验系统等。

RDSS授时有两种方式：一种是双向授时，用户需要向卫星发送请求，然后接收卫星响应信息； 另一种是单向定时，用户只接收卫星下行信号。 适合低动态用户。 在单向授时模式下，用户需要获取自己的精确位置。

目前常用的方法有两种：一是利用GPS辅助定位，将定位结果转换成坐标输入接收器； 另一种是利用仰角辅助定位。 由于目前RDSS卫星有三颗，因此以仰角作为虚拟的第四颗星，通过求解定位方程即可定位。

在RDSS授时服务中，由于RDSS导航电文中包含每分钟更新一次的卫星位置，因此卫星位置的计算一般是通过插值和拟合得到的。

常用的计算机计时方法

目前，计算机计时的方法比较简单。 当计算机关闭时，主板上的晶体依靠电池供电来计时。 计算机开启后，计时由计算机BIOS中安装的软件程序决定。 主板上的晶振在长期运行过程中会发生漂移，软件时序会受到系统程序或其他应用软件程序的影响，从而产生较大的误差。 因此，计算机本身很难保证其时间精度，也无法保证多台计算机之间的时间同步精度。

为了解决这一问题，以卫星定位系统的高精度时钟源作为时间基准，实现全球范围内的精确时钟修正和同步。 从卫星定位模块获得的数据和第二脉冲信号通过数据接口传输至计算机。 利用计算机上的计时软件读取并处理数据后，得到准确的时间脉冲标记和时间数据。 当第二个脉冲到达时，处理接收到的时间数据并更新计算机的系统时间。 通过这种方法，既可以保证单台计算机任意时刻的时间精度，也可以达到多台计算机之间高精度时间同步的目的。