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题目:远程精确时间同步系统关键技术研究

关键词:时间同步;双向测距;相对运动补偿;星历误差分析;时钟调整环路

  摘要


目前各种无线电导航系统能够让用户实现定位和测速功能,其本质就是对时间能够进行精确的测量,因此时间的准确性对导航系统而言是至关重要的。随着卫星编队与航天器组网应用、星地时间校准以及地面组网导航系统的发展,对时间同步的精度提出了更高的要求,而且对实现成本有了更低的期望,因此实现低成本高精度的时间同步技术成为当前航天导航等领域亟需解决的一项关键技术。在此背景下,关于采用高精度原子钟调整晶振的远程精确时间同步仿真系统的研究变得十分迫切且意义深远。

本文首先介绍了远程精确时间同步仿真验证系统的系统架构,简要概述了其工作原理,对其通信与信号体制以及信息帧做了说明。该系统也是本课题实现各个算法的基础。

然后介绍了晶振的数学模型,为中频信号的生成提供理论基础。同时详细介绍了晶振误差模型中的相位噪声的数学模型,并对其生成方法进行了探究。

接下来对双向测距原理进行了介绍,并对其采用的伪码相位测距、载波相位平滑伪码测距以及载波相位测距三种测距方式进行了推导。在双向测距原理的基础上对相对运动造成的误差进行了数学建模,并提出了一种利用星历消除相对运动误差的算法,同时对星历误差的影响做了数学推导。理论分析之后,对本论文设计的算法进行了仿真验证,证明了该算法的有效性。

最后,介绍了基于PLL算法的时钟调整模块的原理,并对整个时钟调整环路的时钟误差测量、钟差预测、环路滤波器以及时钟调整间隔进行了详细说明。在远程精确时间同步系统搭建之后,分别对时钟调整模块以及整个环路进行了仿真验证,仿真结果证明了设计环路是可以实现预期设计目标的。