CN105573109B - 基于引力频移的授时方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于引力频移的授时方法和系统，属于时间频率比对领域。所述方法包括：获取本地时间频率标准T1；记录北斗卫星系统的参考时间频率T0；计算所述本地时间频率标准T1与本地记录的所述参考时间频率T0的差值ΔT1；获取异地计算出的异地时间频率标准T2与异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2；计算两地时间频率比对结果ΔT，ΔT＝ΔT1‑ΔT2‑ΔT0，ΔT0＝(U1‑U2)/C，其中，所述ΔT0为频移量，所述U1为北斗卫星系统上测得的本地的引力势，所述U2为北斗卫星系统上测得的异地的引力势，所述C为光速，根据上述公式算得的ΔT中除去了引力频移，提高了时间频率的比对的精度。

Description

基于引力频移的授时方法和系统

技术领域

本发明涉及时间频率比对领域，特别涉及一种基于引力频移的授时方法和系统。

背景技术

随着原子钟和通信技术的发展，时间频率比对技术得到不断进步。时间频率比对技术主要包括时间频率的传递和同步。

按照时间频率传递技术出现的先后顺序，远距离的时间频率传递包括短波无线电播时、LORAN-C长波导航系统、以GPS(Global Positioning System，全球定位系统)为代表的星基导航、及网络传递时间频率。其中，由于高精度和高可靠性，GPS在远距离的时间频率传递中占主导地位。通过GPS进行时间频率传递的方法为，处于地球上任何两个地点的原子钟利用同一时刻收到的同一颗GPS导航卫星的时间信号进行时间频率比对。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术中时间频率比对结果精度低，不能满足研究需求。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种基于引力频移的授时方法和系统。所述技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于引力频移的授时方法，所述方法包括：

获取本地时间频率标准T1；

记录北斗卫星系统的参考时间频率T0；

计算所述本地时间频率标准T1与本地记录的所述参考时间频率T0的差值ΔT1；

获取异地计算出的异地时间频率标准T2与异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2；

计算两地时间频率比对结果ΔT，ΔT＝ΔT1-ΔT2-ΔT0，ΔT0＝(U1-U2)/C，其中，所述ΔT0为频移量，所述U1为北斗卫星系统上测得的本地的引力势，所述U2为北斗卫星系统上测得的异地的引力势，所述C为光速；

所述方法还包括：

获取所述北斗卫星系统通过重力梯度仪测得的U1和U2，所述U1是北斗卫星系统中处在地心和本地连线的延长线上的卫星测得的，所述U2是北斗卫星系统中处在地心和异地连线的延长线上的卫星测得的。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述获取本地时间频率标准T1，包括：

将处于本地的本地接收机同步到本地参考源上，使所述本地接收机获取所述本地参考源提供的所述本地时间频率标准T1。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述获取异地计算出的异地时间频率标准T2与异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2，包括：

接收处于异地的异地接收机发送的所述ΔT2。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于引力频移的授时系统，所述系统包括：

本地参考源，用于提供本地时间频率标准T1；

本地接收机，用于记录北斗卫星系统的参考时间频率T0；计算所述本地时间频率标准T1与本地记录的所述北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT1；

异地参考源，用于提供异地时间频率标准T2；

异地接收机，用于记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0；计算所述异地时间频率标准T2与异地记录的所述北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2；

所述本地接收机和所述异地接收机，还用于将所述ΔT1或所述ΔT2传递给对端的接收机；

所述本地接收机和所述异地接收机，还用于计算两地时间频率比对结果ΔT，ΔT＝ΔT1-ΔT2-ΔT0，ΔT0＝(U1-U2)/C，其中，所述ΔT0为频移量，所述U1为北斗卫星系统上测得的本地的引力势，所述U2为北斗卫星系统上测得的异地的引力势，所述C为光速；所述U1是北斗卫星系统中处在地心和本地连线的延长线上的卫星测得的，所述U2是北斗卫星系统中处在地心和异地连线的延长线上的卫星测得的；

所述本地接收机和异地接收机分别用于与所述北斗卫星系统无线连接，所述本地接收机和异地接收机之间无线连接，所述本地接收机和所述本地参考源电连接，所述异地接收机和所述异地参考源电连接。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述本地接收机和异地接收机之间通过卫星通信网络相互连接。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述本地接收机和所述异地接收机均为全球定位系统接收机。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述本地参考源和所述异地参考源均为原子钟。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述本地接收机和异地接收机均包括：

相连的第一接收单元和第二接收单元，所述第一接收单元通过所述北斗卫星系统的通信及处理装置与所述北斗卫星系统上的高精度空间冷原子钟连接，所述第二接收单元通过所述北斗卫星系统的通信及处理装置与所述北斗卫星系统上的重力梯度仪连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过计算本地时间频率标准T1与本地记录的所述参考时间频率T0的差值ΔT1，然后接收异地计算出的异地时间频率标准T2与异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2，然后计算两地时间频率比对结果ΔT，ΔT＝ΔT1-ΔT2-ΔT0，ΔT0＝(U1-U2)/C，其中，所述ΔT0为频移量，所述U1为北斗卫星系统上测得的本地的引力势，所述U2为北斗卫星系统上测得的异地的引力势，所述C为光速；根据爱因斯坦的等效原理，处在两个不同的引力势U1和U2中的辐射源相对于观测者的辐射频率会有一定的引力频移，频移量即为前述ΔT0，因此，上述公式算得的ΔT中除去了引力频移，提高了时间频率的比对的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于引力频移的授时方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的北斗卫星系统测量引力势的位置示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于引力频移的授时系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种基于引力频移的授时方法的流程图，参见图1，方法包括：

步骤101：获取本地时间频率标准T1。

在本发明实施例中，获取本地时间频率标准T1，包括：

将处于本地的本地接收机同步到本地参考源上，使本地接收机获取本地参考源提供的本地时间频率标准T1。

步骤102：记录北斗卫星系统的参考时间频率T0。

即接收北斗卫星系统下发的参考时间频率T0，该参考时间频率T0是处在地心和本地连线的延长线上的卫星提供的。

步骤103：计算本地时间频率标准T1与本地记录的参考时间频率T0的差值ΔT1。

步骤104：获取异地计算出的异地时间频率标准T2与异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2。

在本发明实施例中，获取异地计算出的异地时间频率标准T2与异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2，包括：

接收处于异地的异地接收机发送的ΔT2。

在本发明实施例中，异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0与本地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0为同一时刻北斗卫星系统下发的参考时间频率，异地的参考时间频率T0是处在地心和异地连线的延长线上的卫星提供的。但是本地记录的是地心和本地连线的延长线上的卫星下发的T0，异地记录的是地心和异地连线的延长线上的卫星下发的T0，由于两个位置受到不同的引力，造成引力频移等原因，使得两地获得的T0并不相等，存在一定差值。

步骤105：计算两地时间频率比对结果ΔT，ΔT＝ΔT1-ΔT2-ΔT0，ΔT0＝(U1-U2)/C，其中，ΔT0为频移量，U1为北斗卫星系统上测得的本地的引力势，U2为北斗卫星系统上测得的异地的引力势，C为光速。

在本发明实施例中，本地和异地用于表示两个不同的地点。

进一步地，该方法还包括：

获取北斗卫星系统通过重力梯度仪测得的U1和U2，U1是北斗卫星系统中处在地心和本地连线的延长线上的卫星测得的，U2是北斗卫星系统中处在地心和异地连线的延长线上的卫星测得的。

如图2所示，北斗卫星系统30中一卫星处在地心0和本地1连线D1的延长线d1上时，可以测得本地的引力势U1；北斗卫星系统30中另一卫星处在地心0和异地2连线D2的延长线d2上时，可以测得异地的引力势U2。

本发明通过计算本地时间频率标准T1与本地记录的参考时间频率T0的差值ΔT1，然后接收异地计算出的异地时间频率标准T2与异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2，然后计算两地时间频率比对结果ΔT，ΔT＝ΔT1-ΔT2-ΔT0，ΔT0＝(U1-U2)/C，其中，ΔT0为频移量，U1为北斗卫星系统上测得的本地的引力势，U2为北斗卫星系统上测得的异地的引力势，C为光速；根据爱因斯坦的等效原理，处在两个不同的引力势U1和U2中的辐射源相对于观测者的辐射频率会有一定的引力频移，频移量即为前述ΔT0，因此，上述公式算得的ΔT中除去了引力频移，提高了时间频率的比对的精度。

图3是本发明实施例提供的一种基于引力频移的授时系统的结构示意图，参见图3，系统包括：

本地参考源10，用于提供本地时间频率标准T1；

本地接收机11，用于记录北斗卫星系统30的参考时间频率T0，即接收北斗卫星系统下发的参考时间频率T0；计算本地时间频率标准T1与本地记录的北斗卫星系统30的参考时间频率T0的差值ΔT1；

异地参考源20，用于提供异地时间频率标准T2；

异地接收机21，用于记录的北斗卫星系统30的参考时间频率T0；计算异地时间频率标准T2与异地记录的北斗卫星系统30的参考时间频率T0的差值ΔT2；

本地接收机11和异地接收机21，还用于将ΔT1或ΔT2传递给对端的接收机，本地接收机11的对端为异地接收机21，异地接收机21的对端为本地接收机11；

本地接收机11和异地接收机21，还用于计算两地时间频率比对结果ΔT，ΔT＝ΔT1-ΔT2-ΔT0，ΔT0＝(U1-U2)/C，其中，ΔT0为频移量，U1为北斗卫星系统30上测得的本地的引力势，U2为北斗卫星系统30上测得的异地的引力势，C为光速；

本地接收机11和异地接收机21分别用于与北斗卫星系统30无线连接，本地接收机11和异地接收机21之间无线连接，本地接收机11和本地参考源10电连接，异地接收机21和异地参考源20电连接。

在本发明实施例中，异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0与本地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0为同一时刻北斗卫星系统下发的参考时间频率。但由于引力频移等原因，两地获得的T0并不相等，存在一定差值。

在本发明实施例中，本地接收机11和异地接收机21之间通过卫星通信网络相互连接。

在本发明实施例中，本地接收机11和异地接收机21均为全球定位系统接收机。

在本发明实施例中，本地参考源10和异地参考源20均为原子钟。

在本发明实施例中，本地接收机11和异地接收机21均包括：

相连的第一接收单元和第二接收单元，第一接收单元通过北斗卫星系统30的通信及处理装置与北斗卫星系统30上的高精度空间冷原子钟连接，第二接收单元通过北斗卫星系统30的通信及处理装置与北斗卫星系统30上的重力梯度仪连接。

其中，通信及处理装置用于与接收机通信，以及对高精度空间冷原子钟和重力梯度仪的输出信号进行处理。

在本发明实施例中，U1是北斗卫星系统30中处在地心和本地连线的延长线上的卫星测得的，U2是北斗卫星系统30中处在地心和异地连线的延长线上的卫星测得的。

如图2所示，北斗卫星系统30中一卫星处在地心0和本地1连线D1的延长线d1上时，可以测得本地的引力势U1；北斗卫星系统30中另一卫星处在地心0和异地2连线D2的延长线d2上时，可以测得异地的引力势U2。

在本发明实施例中，本地和异地用于表示两个不同的地点。具体地，本地参考源10和本地接收机11设置在同一地理位置，异地参考源20和异地接收机21设置在同一地理位置，本地参考源10和异地参考源20设置在不同地理位置。

进一步地，由于硬件环境和工作机制，接收机与参考源间的时间频率传递过程中会产生误差(参考源的理论时间频率与接收机实际获得的时间频率之间的差值)。将本地和异地的误差分别记为L1和L2，则ΔT＝ΔT1-ΔT2-ΔT0+ΔL，ΔL＝L1-L2。

本发明通过计算本地时间频率标准T1与本地记录的参考时间频率T0的差值ΔT1，然后接收异地计算出的异地时间频率标准T2与异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2，然后计算两地时间频率比对结果ΔT，ΔT＝ΔT1-ΔT2-ΔT0，ΔT0＝(U1-U2)/C，其中，ΔT0为频移量，U1为北斗卫星系统上测得的本地的引力势，U2为北斗卫星系统上测得的异地的引力势，C为光速；根据爱因斯坦的等效原理，处在两个不同的引力势U1和U2中的辐射源相对于观测者的辐射频率会有一定的引力频移，频移量即为前述ΔT0，因此，上述公式算得的ΔT中除去了引力频移，提高了时间频率的比对的精度。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于引力频移的授时方法，其特征在于，所述方法包括：

获取本地时间频率标准T1；

记录北斗卫星系统的参考时间频率T0；

计算所述本地时间频率标准T1与本地记录的所述参考时间频率T0的差值ΔT1；

获取异地计算出的异地时间频率标准T2与异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2；

计算两地时间频率比对结果ΔT，ΔT＝ΔT1-ΔT2-ΔT0，ΔT0＝(U1-U2)/C，其中，所述ΔT0为频移量，所述U1为北斗卫星系统上测得的本地的引力势，所述U2为北斗卫星系统上测得的异地的引力势，所述C为光速；

所述方法还包括：

获取所述北斗卫星系统通过重力梯度仪测得的U1和U2，所述U1是北斗卫星系统中处在地心和本地连线的延长线上的卫星测得的，所述U2是北斗卫星系统中处在地心和异地连线的延长线上的卫星测得的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取本地时间频率标准T1，包括：

将处于本地的本地接收机同步到本地参考源上，使所述本地接收机获取所述本地参考源提供的所述本地时间频率标准T1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取异地计算出的异地时间频率标准T2与异地记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2，包括：

接收处于异地的异地接收机发送的所述ΔT2。

4.一种基于引力频移的授时系统，其特征在于，所述系统包括：

本地参考源，用于提供本地时间频率标准T1；

本地接收机，用于记录北斗卫星系统的参考时间频率T0；计算所述本地时间频率标准T1与本地记录的所述北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT1；

异地参考源，用于提供异地时间频率标准T2；

异地接收机，用于记录的北斗卫星系统的参考时间频率T0；计算所述异地时间频率标准T2与异地记录的所述北斗卫星系统的参考时间频率T0的差值ΔT2；

所述本地接收机和所述异地接收机，还用于将所述ΔT1或所述ΔT2传递给对端的接收机；

所述本地接收机和所述异地接收机，还用于计算两地时间频率比对结果ΔT，ΔT＝ΔT1-ΔT2-ΔT0，ΔT0＝(U1-U2)/C，其中，所述ΔT0为频移量，所述U1为北斗卫星系统上测得的本地的引力势，所述U2为北斗卫星系统上测得的异地的引力势，所述C为光速；所述U1是北斗卫星系统中处在地心和本地连线的延长线上的卫星测得的，所述U2是北斗卫星系统中处在地心和异地连线的延长线上的卫星测得的；

所述本地接收机和异地接收机分别用于与所述北斗卫星系统无线连接，所述本地接收机和异地接收机之间无线连接，所述本地接收机和所述本地参考源电连接，所述异地接收机和所述异地参考源电连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述本地接收机和异地接收机之间通过卫星通信网络相互连接。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述本地接收机和所述异地接收机均为全球定位系统接收机。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述本地参考源和所述异地参考源均为原子钟。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述本地接收机和异地接收机均包括：

相连的第一接收单元和第二接收单元，所述第一接收单元通过所述北斗卫星系统的通信及处理装置与所述北斗卫星系统上的高精度空间冷原子钟连接，所述第二接收单元通过所述北斗卫星系统的通信及处理装置与所述北斗卫星系统上的重力梯度仪连接。