全球衛星導航系統（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、電力系統等領域得到廣泛應用[1-3]。隨著第二代北斗系統區域組網的完成，目前的在軌衛星有5顆地球靜止軌道（GEO）衛星、4顆中圓地球軌道（MEO）衛星和5顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星，初步形成了覆蓋亞太地區的定位、授時服務能力[4]。

1 實現原理
    下面將從基本測量值（偽距）出發說明GPS授時原理。如圖1所示，衛星信號發射時間為ti的發射信號在tu時刻被接收機收到，該衛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系統時間的同步。

2 授時精度分析
    衛星接收機得到的偽距測量值有許多誤差源，這些誤差的統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。本節以GPS系統為例，分析衛星接收機授時精度。
    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。

    本文分析了單向衛星授時原理，從衛星系統各個誤差源出發分析了理想的無源授時精度。基于自主開發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系統的無源授時精度優于10 ns(1σ)。
參考文獻
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[2] 李建，謝小榮，韓英鐸，等.北斗衛星導航系統與GPS互備授時的分布式相量測量單元[J].電網技術，2005，29(9)：1-4，9.
[3] 倪媛媛，胡永輝，何在民.北斗衛星校準銣鐘單元的設計與實現[C].廣州：第三屆中國衛星導航學術年會-S04原子鐘技術與視頻系統，2012.
[4] 中國衛星導航系統管理辦公室.北斗衛星導航系統空間信號接口控制文件公開服務信號B1I(1.0版)[Z].2012.
[5] 謝鋼.GPS原理與接收機設計[M].北京：電子工業出版社，2009.
[6] KAPLAN E D，HEGARTY C J.GPS原理與應用：Understanding GPS principles and applications[M].寇艷紅，譯.第二版.北京：電子工業出版社，2006.