GNSS时间系统及其互操作

1、CSNC2010第一届中国卫星导航学术年会北京GNSS时间系统及其互操作董绍武（中国科学院国家授时中心西安临潼710600）摘 要：基于时间测量的全球卫星导航定位系统（GNSS），为保障各卫星发射的导航信号的精确同步，都必须建立一个统一的时间参考，称为系统时间或系统时。GNSS系统时间通常为独立、连续、均匀的自由时间尺度，时间基准系统的优劣将直接影响卫星导航定位系统的性能指标。由于卫星导航定位巨大的应用价值，当前国际上正在运行和在建有多个系 统，包括中国北斗系统（Compass）。时间的兼容和互操作是各GNSS系统安全、协调运行的重要保证。本文对国际上主要GNSS系统的时间系统进行简要介绍，并

2、对时间的兼容互操作进行初步探讨。关键字：导航定位；时间参考；兼容与互操作GNSS Time Reference System and Its InteroperabilityDong Shaowu（National Time Service Center of CAS Xi' an 710600）Abstract:Global Navigation Satellite System（ GNSS） is based on precision time measurement, an uniform internal timereference is necessary to ensure

3、 all parts work synchronously, it is called system time. The system time of GNSS is usually designed as independent, continuously, and free-run atomic time scale, the performance of the system time will affect the specification of GNSS system directly. At present, several GNSS system are running or

4、building, including Chinese Compass system. Comparable and interoperability is very important in GNSS system safe and coordinate work. Time reference systems and its interoperability are briefly introduced in this paper.Keywords: Navigation and Position ； Time reference; Compatibility and interopera

5、bility1刖言全球卫星导航系统 GNSS（Global Navigation Satellite System），是所有在轨工作的卫星导航定位系统的总称。由于星基定位、导航和授时巨大的应用价值，当前国际上运行和在建有多个卫星导航定位系统，目前主要包括 GPS卫星全球定位系统、GLONASS全球导航卫星系统、北斗卫星导航系统、 WAAS 广域增强系统、EGNO欧洲静地卫星导航重叠系统、 DORIS星载多普勒无线电定轨定位系统、PRAREW确距离及其变率测量系统、QZSS准天顶卫星系统、GAGAGPS静地卫星增强系统，以及正在建设的 Galileo 卫星导航定位系统、Compass卫星导航定位

6、系统和 IRNSS印度区域导航卫星系统等。基于时间测量的卫星导航定位系统，为保障各卫星发射的导航信号的精确同步，都必须建立一个 统一的时间参考，通常称为系统时间或系统时，这个系统时间要求独立、可靠、均匀和准确。地面控制 中心的时间基准系统的优劣将直接影响卫星导航定位系统的性能指标。GNSS系统时间必须是独立、稳定可靠、连续运行的均匀的自由时间尺度；同时，GNSS系统时间必须与国际法定的标准时间同步（溯源），以实现全球时间的同步和统一。GNSS系统时间都以国际原 子时TAI或协调时间时 UTC为参考。2 GNSS时间参考系统2.1 GPS系统时间作为一个导航定位系统，其内部时间尺度最好不要由于有

7、闰秒而造成不连续。GPS 系统时间GPST为连续的时间尺度，不采用闰秒制度，其溯源到美国海军天文台的协调世界时 UTC（USNQ）GPSime从1980 年开始启用与当时的 UTC在整秒上一致之后，至今与 UTC的差异为：UTC-GPS time = -15 s + C0 ，TAI-GPS time = 19 s + C0C0是GPS时间与UTC在秒小数上的差异。2.2 GLONASS系统时间俄罗斯的GLONAS时间采用UTC作为时间参考，其溯源到UTC（SU）当前，GLONASS time与TAI及UTC的关系为：UTC-GLONASS time = 0 s + C1 ，TAI-GLONAS

8、S time = 34 s + C1C1是GLONAS时间与UTC在秒小数上的差异。2.3 Galileo 系统时间伽利略（Galileo ）是欧洲在建的全球卫星导航定位系统。其时间参考系统GTS正在考虑其时间起点是否与GPS接轨，即也采用与 TAI在整数秒上相差19 s。GST将被驾驭到一种时间预报上，这一预 报通过Galileo时间供应商从欧洲的及个主要守时实验获得，Galileo系统时间GST的产生见图1。2.4 北斗系统时间“北斗”是中国自主设计建设的卫星导航定位系统，北斗时是由北斗二代地面运控系统主控站时频系统建立并保持的时间，简称BDT。BDT采用国际原子时秒长（SI）为基本单位；

9、以“周”和“周内秒”为单位连续计数，通过北斗导航电文发播；BDT不闰秒，时间历元为 2006年1月1日（星期日）UTC00h00m00s 。CTU间时准标际国图1 Galileo系统时间GST的产生3 GNSS时间互操作互操作的作用是在用户端能组合利用来自不同GNSS系统的信息，从而获得比单独使用任一系统更好的性能；同时，提高各系统间的兼容性和互操作性可以最大程度的实现各系统的安全可靠和协调运行。具 体到时间的互操作，由于各系统使用独立的时间系统，发布的时间信息间均有不同程度的差异，因此在 GNSS系统设计时就要考虑时间的兼容和互操作问题。目前的主要方法是对各系统间时差进行监测、预 报和发布，

10、从而使用户能始终得到正确的时间信息。3.1 Galileo与GPS时间互操作GST设计要求与国际原子时 TAI的偏差全年控制在土 50ns以内，即：I TAI-GST IV 50ns （95%）。要进行时间互操作首先必须获得GST与GPST间的时差（GGTO ）,Galileo与GPS系统时差的获得采用传统的精密时间传递技术，以及在两个系统的监测站设置GPS/Galileo双模接收机的方法，其目标是实现时间偏差预报和发布的不确定度小于土5ns（ 2 Sigma）。图2为GGTO的监测与互操作功能图。GGTO时差的获取采用两种方法：1）美国海军天文台 USNO提供UTC（USNO）-GPST的结

11、果，然后通过 USNO与Galileo精密定时设施 PTF的卫星双向（TWSTFT ）连接从而得到：UTC（USNO）-GST 。2）在美国海军天文台及欧洲各Galileo精密定时设施处分别放置GPS/Galileo双模组合接收机，同时观测GNSS时间信号从而得到两系统间的时差。图2 Galileo与GPS时差监测、预报和发布5CSNC2010第一届中国卫星导航学术年会北京#CSNC2010第一届中国卫星导航学术年会北京3.2 BDT与其他GNSS系统时间的互操作北斗“与其他 GNSS系统（如Galileo和GPS）时间的互操作是系统建设的关键技术问题之一。 可以通过卫星双向时间频率比对技术、GNSS共视技术等完成系统时间偏差的监测，同时，研究时间偏差预报模型从而实现BDT与其他GNSS系统时间偏差的精确测量、预报和发播。«GPS原理与应用第二版，国防电子信息丛书。” ,Metrologia 45 （2008