CN111934805B - 一种适用于伪卫星增强系统的地面站间时频传递方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种适用于伪卫星增强系统的地面站间时频传递方法，用以解决现有技术中地面站间时间同步精度不高及高精度时频传递对卫星的强依赖问题。所述伪卫星增强系统地面站间时频传递方法，采用光纤进行时频传递，先通过单点对单点光纤方式实现主站和从站间时频同步，主站接收时频基准站信号作为传递基准，主站和从站光纤建立六个光纤通道进行波分复用，实现时频信号、数据信息的往返传输，再通过单点对多点方式实现从站和子站间时频同步。本发明利用长距离大容量光纤通信和光网络，采用基于光纤时间传递的站间时间比对，进行地面站间时间同步，有效提高时间同步精度，提高导航性能，特别适用于长距离或者复杂城域环境下进行时间同步。
Description
技术领域
本发明属于无线电导航定位领域，尤其涉及一种适用于伪卫星增强系统的地面站间时频传递方法。
背景技术
伪卫星是一种布置在地面的导航信号发生器，通常与全球定位系统(GPS)或北斗卫星导航系统等组合，通过地基伪卫星来增强导航性能和定位精度。在卫星导航系统中，站间时间同步精度是制约系统性能的瓶颈之一；同理，在地基伪卫星增强系统中，各地面站间的时间同步精度也是制约地面系统导航性能的关键参数之一。
目前，高精度的站间时间同步主要通过卫星导航系统实现，主要包括卫星共视法和卫星双向时间传递法。
卫星共视法是指地球上同一颗卫星视角内的任意两个观测站，在同一时间接收到这颗卫星的定时信号，两站的原子钟根据得到的定时信号进行时间频率的比对。以GPS共视法为例，在同一个共视表作用下，观测站A、B内各自的GPS接收机同时到同一颗GPS卫星的定时信号，根据这个定时信号可测得本地钟与GPS卫星钟之间的时差，经改正后可得到对应的钟差，之后两站交换钟差数据，因钟差数据是两站同一时间对同一颗卫星的观测结果，所以可求得两站间高精度的相对钟差，完成站间时间比对。其时间传递精度约为4～10ns。
卫星双向时间传递是指两个地面观测站利用卫星作为中转站互发定时信号，两路信号经过同样的传播路径，两观测站交换钟差数据，根据双向时间比对原理，获得两站的钟差，时间传递精度约为1～2ns。
卫星共视法和卫星双向时间传递法可实现1～10ns的站间时间同步，但这两种方式均依赖卫星可视情况。部分地区卫星可视情况较差，卫星共视法和卫星双向时间传递法适用性及可靠性存在隐患，而伪卫星系统可用于此类地区的补强。
发明内容
本发明实施例针对现有地面站时间同步精度精度不高、对卫星依赖严重的问题，提出了一种适用于伪卫星增强系统的地面站间时频传递方法，利用长距离大容量光纤通信和光网络，采用基于光纤时间传递的站间时间比对方法，进行地面站间时间同步，有效提高时间同步精度，提高导航性能，特别适用于长距离或者复杂城域环境下的时频传递。
为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案。
本发明实施例提供了一种适用于伪卫星增强系统的地面站间时频传递方法，采用光纤进行时频传递。
上述方案中，所述采用光纤进行时频传递，分两个步骤进行，先通过单点对单点光纤方式实现主站和从站间时频同步，再通过单点对多点方式实现从站和子站间时频同步。
上述方案中，所述通过单点对单点光纤方式实现主站和从站间时频同步，包括如下步骤：
步骤S101，主站接收时频基准站发出的10MHz信号和1pps信号，作为传递基准；
步骤S102，主站和从站之间通过光纤建立物理连接，使用六个光纤通道进行波分复用，实现主站和从站间时频信号、数据信息的往返传输；其中，第一通道和第二通道用于进行时间脉冲信号的往返传输；第三通道和第四通道用于进行频率信号的往返传输；第五通道和第六通道用于进行数据信息的往返传输，通过在线监测与实时补偿对所述时间脉冲信号和频率信号进行修正，完成主站与从站之间的时频传递。
上述方案中，所述时频基准站，与卫星时间同步。
上述方案中，所述卫星为北斗卫星或GPS卫星。
上述方案中，所述步骤S102中完成主站与从站之间的时频传递，包括如下步骤：
步骤S1021，主站的光纤锁模激光器以所接收的卫星时间同步站输出的10MHz基准频率信号作为载体将需要发送的传输信号以100MHz的重复频率向从站进行发送；
步骤S1022，以传递基准为载体、以100MHz的频率发送到子站的传输信号，分成第一路信号和第二路信号，第一路信号经光电转换后作为激光相位补偿的参考信号，第二路信号通过波分复用器的第三通道输入长距离光纤链路中进行传输，用于对从站的频率传递；
步骤S1023，传递到从站的第二路信号，经过一个相同波分复用器进行波长下载，利用掺铒光纤放大器进行光学放大；
步骤S1024，将放大后的第二路信号分为两路，第一子路采用非线性光学移频方案将信号注入色散位移光纤中进行光学移频，作为反馈信号，经波分复用器的第四通道重新上载到长距离光纤链路中反馈回主站，从主站波分复用器的第四通道下载，经放大、光电转换后用于整个链路中相位噪声判定和补偿；第二子路信号经光电转换后输出给用户使用；从而完成频率传递；
步骤S1025，以传递基准为载体、以100MHz的频率发送到子站的传输信号，再分成第三路信号和第四路信号，第三路信号直接通过波分复用器的第三通道由光纤传输至从站，第四路信号经光电转换后同步秒脉冲发生器；
步骤S1026，将卫星时间同步站输出的1pps基准信号输入脉冲发生器作为触发信号，秒脉冲发生器产生1pps电脉冲信号；将所述主站电脉冲信号分为两路，第一路脉冲信号经电光调制后通过波分复用器的第一通道由光纤传输至从站，第二路脉冲信号发至第一时间间隔计数器，作为第一时间间隔计数器的开门信号；
步骤S1027，在从站，对接收到的频率信号进行放大和光电转换后，送入秒脉冲发生器，产生从站的1pps电脉冲信号，将所述从站脉冲信号分为两路，第一子路脉冲信号经电光调制后通过波分复用器的第二通道经光纤送入主站，作为第一时间间隔计数器的关门信号；计算第一时间间隔计数器开门信号和关门信号的时差值TAB；对时差值TAB进行处理，计算结果经光收发模块通过波分复用器的第五通道由光纤传送至从站；第二子路脉冲信号经秒脉冲延迟器输出至秒脉冲分配器；
步骤S1028，将第二子路脉冲信号再次分为两路分别为第二一子路和第二二子路；其中第二一子路输出至用户，第二二子路输出至第二时间间隔计数器作为其开门信号；经波分复用器在第一通道由光纤传来的光脉冲信号经放大、光电转换后，发至第二时间间隔计数器，作为关门信号，并计算第二时间间隔计数器的时差值TBA；对时差值TBA进行处理，计算结果经光收发模块通过波分复用器的第六通道由光纤传送至主站；
步骤S1029，从站接收主站传来的TAB，利用公式
调整秒脉冲延迟器，从而完成主站和从站之间的时间同步。
上述方案中，所述通过单点对多点方式实现从站和子站间时频同步，包括如下步骤：
步骤S201，从站以主站经光纤链路传来的10MHz信号作为频率基准；
步骤S202，从站和子站之间通过短距离光纤建立物理连接，从站配置与子站数目相同套数的时频传递系统，每个子站配置一套时频传递系统，在从站的时频传递系统和子站的时频传递系统间使用波分复用，实现从站与子站间的精密频率传递和时间同步。
上述方案中，所述步骤S202进一步为：从站以通过点对点方式从主站传来的时频信号作为时频基准，从站和子站之间通过短距离光纤建立物理连接，利用波分复用将时频信号传递至各子站，并对频率噪声、时间脉冲延迟进行补偿和修正，实现从站和各子站间的精密时频传递；从站将时频信号传递至每个子站的过程中，使用六个光纤通道，其中两个通道用于频率信号的往返传输，两个通道用于时间信号的往返传输，两个通道用于数据信息的往返传输。
本发明具有如下有益效果：
本发明实施例的伪卫星增强卫星导航系统地面站间时频传递方法，采用点对点和单点对多点光纤进行时频传递，增强卫星可视状况较差的条件下时频传递的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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为本发明实施例适用于伪卫星增强系统的地面站间时频传递方法流程示意图；
图2为本发明实施例时频传递方法中主站和从站间时频同步原理图；
图3为本发明实施例时频传递方法中从站和子站间时频同步原理图。
具体实施方式
下面通过参考示范性实施例，对本发明技术问题、技术方案和优点进行详细阐明。以下所述示范性实施例仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非在这里进行定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明实施例针对地基伪卫星增强系统，提出了一种伪卫星增强的卫星导航系统地面站间时频传递方法，采用单点对单点和单点对多点光纤实现高精度时频传递，提高伪卫星增强的卫星导航系统时频基准站与主站、主站与从站、从站与子站之间的时频传递，进而提高系统性能。
为便于对本发明实施方式的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明技术方案的限定。
实施例
本实施例提供了一种适用于伪卫星增强系统的地面站间时频传递方法。图1所示为所述地面站间时频传递方法流程示意图。如图1所示，所述地面站间时频传递方法，采用光纤进行时频传递，具体地，包括如下步骤：
步骤S1，通过单点对单点光纤方式实现主站和从站间时频同步；
步骤S2，通过单点对多点方式实现从站和子站间时频同步。
所述伪卫星增强系统，包括时频基准站、主站、至少一个从站、至少一个子站。
图2所示为伪卫星增强系统时频传递方法的主站和从站间时频同步原理图。如图2所示，所述过单点对单点光纤方式实现主站和从站间时频同步，，具体包括如下步骤：
步骤S101，主站接收时频基准站发出的10MHz信号和1pps信号，作为传递基准。
本步骤中，所述时频基准站，是与卫星时间同步的。优选地，这里的卫星为北斗卫星或GPS卫星。
步骤S102，主站和从站之间通过光纤(通常为百公里光纤)建立物理连接，使用六个光纤通道进行波分复用，实现主站和从站间时频信号、数据信息的往返传输；其中，第一通道和第二通道用于进行时间脉冲信号的往返传输；第三通道和第四通道用于进行频率信号的往返传输；第五通道和第六通道用于进行数据信息的往返传输。通过在线监测与实时补偿对所述时间脉冲信号和频率信号进行修正，完成主站与从站之间的精密时频传递。
本步骤中，在频率传递方面，具体包括以下步骤：
步骤S1021，主站的光纤锁模激光器将所接收的卫星时间同步站输出的10MHz基准频率信号作为载体以100MHz的重复频率向从站进行发送。
步骤S1022，以传递基准为载体、以100MHz的频率发送到子站的信号，分成两路分别为第一路信号和第二路信号，第一路信号经光电转换后作为激光相位补偿的参考信号，第二路信号通过波分复用器的第三通道输入长距离光纤链路中进行传输，用于对从站的频率传递。
步骤S1023，传递到从站的第二路信号，经过一个相同波分复用器进行波长下载，利用掺铒光纤放大器进行光学放大。
步骤S1024，将放大后的第二路信号分为两路，第一子路采用非线性光学移频方案将信号注入色散位移光纤中进行光学移频，作为反馈信号，经波分复用器的第四通道重新上载到长距离光纤链路中反馈回主站，从主站波分复用器的第四通道下载，经放大、光电转换后用于整个链路中相位噪声判定和补偿；第二子路信号经光电转换后输出给用户使用；从而完成频率的传递。
在时间同步方面，具体包括如下步骤：
步骤S1025，以传递基准为载体、以100MHz的频率发送到子站的信号，分成两路分别为第三路信号和第四路信号，第三路信号直接通过波分复用器的第三通道由光纤传输至从站，第四路信号经光电转换后同步秒脉冲发生器。
步骤S1026，北斗时间同步站输出的1pps基准信号输入脉冲发生器作为触发信号，秒脉冲发生器产生1pps电脉冲信号。将所述主站电脉冲信号分为两路，第一路脉冲信号经电光调制后通过波分复用器的第一通道由光纤传输至从站，第二路脉冲信号发至第一时间间隔计数器，作为第一时间间隔计数器的开门信号。
步骤S1027，在从站，对接收到的频率信号进行放大和光电转换后，送入秒脉冲发生器，产生从站的1pps电脉冲信号，将所述从站脉冲信号分为两路，第一子路脉冲信号经电光调制后通过波分复用器的第二通道经光纤送入主站，作为第一时间间隔计数器的关门信号；计算第一时间间隔计数器开门信号和关门信号的时差值TAB。对时差值TAB进行处理，计算结果经光收发模块通过波分复用器的第五通道由光纤传送至从站。第二子路脉冲信号经秒脉冲延迟器输出至秒脉冲分配器。
步骤S1028，将第二子路脉冲信号再次分为两路分别为第二一子路和第二二子路；其中第二一子路输出至用户，第二二子路输出至第二时间间隔计数器作为其开门信号。经波分复用器第一通道由光纤传来的光脉冲信号经放大、光电转换后，发至第二时间间隔计数器，作为关门信号，并计算第二时间间隔计数器的时差值TBA。对时差值TBA进行处理，计算结果经光收发模块通过波分复用器的第六通道由光纤传送至主站。
步骤S1029，从站接收主站传来的TAB，利用公式
调整秒脉冲延迟器，实现主站和从站间的时间同步。
在完成上述主站与从站间时频同步的基础上，再进行从站与子站间的时频同步。
图3所示为伪卫星增强系统子站和从站间时频传递方法原理图。如图3所示，所述通过单点对多点方式实现从站和子站间时频同步，具体包括如下步骤：
步骤S201，以主站经光纤链路传来的10MHz信号作为频率基准。
步骤S202，从站和子站之间通过短距离光纤建立物理连接，从站配置与子站数目相同套数的时频传递系统，每个子站配置一套时频传递系统，在从站的时频传递系统和子站的时频传递系统间使用波分复用，实现从站与子站间的精密时频传递。
进一步地，本步骤具体为：
从站以通过点对点方式传来的时频信号作为时频基准，从站和伪卫星、伪卫星监测站各子站之间通过短距离光纤建立物理连接，利用波分复用技术，通过时频传递系统将时频信号传递至各子站，并对频率噪声、时间脉冲延迟进行补偿和修正，实现从站和各子站间的精密时频传递。从站将时频信号传递至每个子站的过程中，使用六个光纤通道，其中两个通道用于频率信号的往返传输，两个通道用于时间信号的往返传输，两个通道用于数据信息的往返传输。
由以上技术方案可以看出，本实施例的伪卫星增强卫星导航系统地面站间时频传递方法，采用点对点光纤进行频率传递和时间同步，避免了高精度视频传递对卫星的依赖，有效提高了导航性能和时间精度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，本发明并不受限于以上所公开的示范性实施例，说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，在本发明揭露的技术范围做出的若干改进和润饰、可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种适用于伪卫星增强系统的地面站间时频传递方法，其特征在于，所述时频传递方法包括：
步骤S1，通过单点对单点光纤方式实现主站和从站间时频同步；具体包括：
步骤S101，主站接收时频基准站发出的10MHz信号和1pps信号，作为传递基准；
步骤S102，主站和从站之间通过光纤建立物理连接，使用六个光纤通道进行波分复用，实现主站和从站间时频信号、数据信息的往返传输；其中，第一通道和第二通道用于进行时间脉冲信号的往返传输；第三通道和第四通道用于进行频率信号的往返传输；第五通道和第六通道用于进行数据信息的往返传输，通过在线监测与实时补偿对所述时间脉冲信号和频率信号进行修正，完成主站与从站之间的时频传递；具体包括：
步骤S1021，主站的光纤锁模激光器以所接收的卫星时间同步站输出的10MHz基准频率信号作为载体将需要发送的传输信号以100MHz的重复频率向从站进行发送；
步骤S1022，以传递基准为载体、以100MHz的频率发送到子站的传输信号，分成第一路信号和第二路信号，第一路信号经光电转换后作为激光相位补偿的参考信号，第二路信号通过波分复用器的第三通道输入长距离光纤链路中进行传输，用于对从站的频率传递；
步骤S1023，传递到从站的第二路信号，经过一个相同波分复用器进行波长下载，利用掺铒光纤放大器进行光学放大；
步骤S1024，将放大后的第二路信号分为两路，第一子路采用非线性光学移频方案将信号注入色散位移光纤中进行光学移频，作为反馈信号，经波分复用器的第四通道重新上载到长距离光纤链路中反馈回主站，从主站波分复用器的第四通道下载，经放大、光电转换后用于整个链路中相位噪声判定和补偿；第二子路信号经光电转换后输出给用户使用；从而完成频率传递；
步骤S1025，以传递基准为载体、以100MHz的频率发送到子站的传输信号，再分成第三路信号和第四路信号，第三路信号直接通过波分复用器的第三通道由光纤传输至从站，第四路信号经光电转换后同步秒脉冲发生器；
步骤S1026，将卫星时间同步站输出的1pps基准信号输入秒脉冲发生器作为触发信号，秒脉冲发生器产生1pps电脉冲信号；将所述主站电脉冲信号分为两路，第一路脉冲信号经电光调制后通过波分复用器的第一通道由光纤传输至从站，第二路脉冲信号发至第一时间间隔计数器，作为第一时间间隔计数器的开门信号；
步骤S1027，在从站，对接收到的频率信号进行放大和光电转换后，送入秒脉冲发生器，产生从站的1pps电脉冲信号，将所述从站脉冲信号分为两路，第一子路脉冲信号经电光调制后通过波分复用器的第二通道经光纤送入主站，作为第一时间间隔计数器的关门信号；计算第一时间间隔计数器开门信号和关门信号的时差值TAB；对时差值TAB进行处理，计算结果经光收发模块通过波分复用器的第五通道由光纤传送至从站；第二子路脉冲信号经秒脉冲延迟器输出至秒脉冲分配器；
步骤S1028，将第二子路脉冲信号再次分为两路分别为第二一子路和第二二子路；其中第二一子路输出至用户，第二二子路输出至第二时间间隔计数器作为其开门信号；经波分复用器在第一通道由光纤传来的光脉冲信号经放大、光电转换后，发至第二时间间隔计数器，作为关门信号，并计算第二时间间隔计数器的时差值TBA；对时差值TBA进行处理，计算结果经光收发模块通过波分复用器的第六通道由光纤传送至主站；
步骤S1029，从站接收主站传来的TAB，利用公式
调整秒脉冲延迟器，从而完成主站和从站之间的时间同步；
步骤S2，通过单点对多点方式实现从站和子站间时频同步。
2.根据权利要求1所述的时频传递方法，其特征在于，所述时频基准站，与卫星时间同步。
3.根据权利要求1所述的时频传递方法，其特征在于，所述卫星为北斗卫星或GPS卫星。
4.根据权利要求1所述的时频传递方法，其特征在于，所述通过单点对多点方式实现从站和子站间时频同步，包括如下步骤：
步骤S201，从站以主站经光纤链路传来的10MHz信号作为频率基准；
步骤S202，从站和子站之间通过短距离光纤建立物理连接，从站配置与子站数目相同套数的时频传递系统，每个子站配置一套时频传递系统，在从站的时频传递系统和子站的时频传递系统间使用波分复用，实现从站与子站间的精密频率传递和时间同步。
5.根据权利要求4所述的时频传递方法，其特征在于，所述步骤S202进一步为：从站以通过点对点方式从主站传来的时频信号作为时频基准，从站和子站之间通过短距离光纤建立物理连接，利用波分复用将时频信号传递至各子站，并对频率噪声、时间脉冲延迟进行补偿和修正，实现从站和各子站间的精密时频传递；从站将时频信号传递至每个子站的过程中，使用六个光纤通道，其中两个通道用于频率信号的往返传输，两个通道用于时间信号的往返传输，两个通道用于数据信息的往返传输。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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