“北斗一号” 卫星导航系统授时技术简介
一、 概述
随着信息传输和信息安全需求的增加，卫星导航和授时在通信、电力、控制等工业领域和国防领域有着广泛和重要的应用。GPS导航和授时已经在多个领域得到广泛的应用，但是由于受美国各种限制，所以在通讯和电力的一些特殊领域，出于对信息安全性考虑，诸多用户逐渐采用我国自主研发的“北斗一号”系统用于导航和授时。 电汽锅2007年4月14日，我国成功发射了第一颗“北斗二号”导航卫星。2009年4月15日零时16分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，成功将第二颗北斗导航卫星送入预定轨道。这次发射的北斗导航卫星（COMPASS－打印头校准G2），是中国北斗卫星导航系统（COMPASS，中文音译名称Bei Dou）建设计划中的第二颗组网卫星，是地球同步静止轨道卫星。目前，北斗系统还属于区域性导航系统，其覆盖范围东经约70°一140°，北纬5°一55°。
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北斗卫星导航定位系统的基本工作原理是“双星定位”：以2颗在轨卫星的已知坐标为圆心，各
以测定的卫星至用户终端的距离为半径，形成2个球面，用户终端将位于这2个球面交线的圆弧上。地面中心站配有电子高程地图，提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置。
由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号，由信号到达定位卫星时间的差值计算用户位置，所以被称为“有源定位”。 对于有源定位的北斗系统，其主要功能如下：
1、短报文通信：一次可传送多达120个汉字的信息。
2、精密授时：精度达20纳秒。
3、定位精度：水平精度100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。下行频率：2492MHz，上行频率：1610-1626.5MHz。
4、系统容量：每小时540000户，需要用户申请ID身份识别卡。
二、 授时原理
授时即通过某种方式获得本地时间与“北斗一号”系统的标准时间（或UTC时间）的钟差，然后调整本地时钟，使其精度控制在一定的范围之内。我们首先介绍一下“北斗一号”卫星系统。
“北斗一号”卫星系统主要有三部分组成：静地导航卫星、地面控制中心和用户部分，如图（一）所示。
用户接收机通过接收“北斗一号”卫星导航电文，实时测量本地时钟和北斗系统标准时间（UTC时间）的钟差，从而达到授时的目的。北斗授时具有两种方式：单向授时和双向
授时，两种方式各有优缺点。
三、 单双向授时
北斗单向授时（无源定位/授时），如同GPS一样，通过被动接收的方式完成授时。由于“北斗一号”系统只有三颗卫星，而需要解算四个未知数X、Y、Z、△T(钟差)，所以需要通过外部输入高度或位置来完成授时。我公司自主研发的BD-6既可以通过外部输入高度完成授时也可以通过外部输入高度完成授时，接收机在获得高度或位置的情况下，通过接收卫星的导航电文，解算出本地钟差△T，调整本地时间给出一个脉冲信号，使其上升沿同步与BD标准时间（UTC时间）的整秒时刻，并通过串口实时输出脉冲对应的年月日时分秒信息。如图（二）所示。双向授时即采用有源发射的方式授时，用户机向控制中心发送请求，控制中心经过处理，发送时标信号和传播时延给用户接收机，通过修正接收机内部的时钟，输出与控制中心同步的1pps信号。如图（三）所示：
图（二）单向授时原理图图 （三）双向授时原理图
四、 单双向授时的优缺点
单双向授时均存在优缺点，如下表（一）。目前单向授时随着安全性能高、使用方便、性价比高等优点逐渐在一些领域代替GPS授时，如：电力授时、频率校准、通信同步等。
表（一）
广告宣传栏制作 | 优点 | 缺点 |
北斗 单向授时
（无源） | 1、 用户被动接收，容量无限，且无限制 2、 体积小、重量轻，便于集成； 3、 接收机价格较低，性价比高； | 1、 授时精度在100纳秒内，相对双向授时较差； 2、 需要输入位置或高度； |
北斗 双向授时 验光组合台（有源） | 1、 无需外部输入位置高度等信息； 2、 授时精度较高，可以达到20纳秒； | 1、 体积一般较大； 2、 用户需要经过授权，容量受限制； 3、 需要双向通讯，安全性能不高； 4、 价格较高。 |
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