北鬥衛星導航係統是我國自主建設的導航、授時係統,目前已正式提供服務,其相關定時産品係列化産業已初步形成。該書結閤國內發展現狀,旨在推廣北鬥授時應用,擺脫我國一些關鍵領域時間應用過度依賴GPS的局麵,對於實現國傢用時標準的統一,提高用時安全具有實際意義。
本書以北鬥衛星導航係統為重點,較為詳細而全麵地介紹瞭衛星導航係統的授時技術及其應用情況。全書共5章,分彆介紹瞭授時技術的發展情況、衛星導航係統時間産生的基本原理與方法、北鬥授時原理與方法、GNSS授時接收機技術以及北鬥授時技術應用等內容。全書內容基本覆蓋瞭衛星導航係統授時技術所涉及的知識和成果,既介紹基本知識,也介紹瞭*新研究和應用成果。
吳海濤:男,1966年1月齣生,理學博士,研究員,博士生導師,國務院政府特殊津貼獲得者。長期從事高精度時間傳遞和衛星導航領域的研究與應用工作,提齣瞭羅蘭C自主授時的設想,在我國長波授時係統中得到應用,參加瞭我國衛星導航係統的建設。任中國科學院精密導航定位與定時技術重點實驗室主任,《衛星導航》主編,《時間頻率學報》編委,中國衛星導航學術年會組委會秘書長,中國計量測試學會高級會員,中國電子學會高級會員。齣版《衛星導航係統時間基礎》專著1部。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 現代授時技術的發展 2
1.1.1 授時技術概述 2
1.1.2 BPM短波授時 4
1.1.3 BPL長波授時 7
1.1.4 BPC低頻時碼授時 11
1.1.5 廣播電視授時 15
1.1.6 計算機網絡授時 18
1.1.7 電話授時 20
1.2 衛星導航係統及其授時 22
1.2.1 子午儀衛星導航係統 22
1.2.2 從GPS到GNSS 23
1.2.3 衛星導航係統的授時能力 24
1.3 北鬥衛星導航係統 25
參考文獻 27
第2章 GNSS時間係統 29
2.1 GNSS係統時間 30
2.2 GNSS時間係統的組成及其功能 30
2.2.1 GNSS時間係統的組成 30
2.2.2 GNSS時間係統的特點 32
2.2.3 GNSS時間係統的功能 33
2.2.4 原子鍾在衛星導航係統中的作用 34
2.3 GPS時間係統 35
2.3.1 GPS時間係統的構成 35
2.3.2 GPS係統時間的産生 36
2.3.3 GPS係統時間的溯源 38
2.4 北鬥衛星導航時間係統 39
2.4.1 BD時間係統的組成 39
2.4.2 BD係統時間的産生 40
2.4.3 BD係統時間的溯源 41
2.5 GNSS係統時間互操作 41
2.5.1 GNSS係統時間與UTC的關係 42
2.5.2 GNSS係統間的時間轉換 43
2.5.3 係統時差的確定及特性分析 44
參考文獻 47
第3章 GNSS授時原理與方法 49
3.1 GNSS授時原理 50
3.1.1 RNSS單嚮授時原理 50
3.1.2 北鬥RDSS單嚮授時原理 51
3.1.3 北鬥RDSS雙嚮授時原理 53
3.2 GNSS授時方法 55
3.2.1 RNSS單嚮授時方法 55
3.2.2 北鬥RDSS單嚮授時方法 59
3.2.3 北鬥RDSS雙嚮授時方法 60
3.3 GNSS授時主要誤差及修正 61
3.3.1 電離層時延 62
3.3.2 對流層時延 65
3.3.3 多路徑誤差 69
3.3.4 地球自轉改正 71
3.3.5 相對論效應 72
3.3.6 衛星鍾差 73
3.3.7 衛星星曆誤差 74
3.3.8 與接收機相關的誤差 76
3.4 GNSS授時精度 78
3.4.1 RNSS單嚮授時精度 78
3.4.2 北鬥RDSS單嚮授時精度 79
3.4.3 北鬥RDSS雙嚮授時精度 81
參考文獻 81
第4章 北鬥/GNSS接收機定時技術 85
4.1 北鬥/GNSS授時接收機基本框架 86
4.2 GNSS信號捕獲 87
4.2.1 搜索方式 88
4.2.2 信號捕獲算法 90
4.2.3 信號檢測 96
4.3 GNSS信號跟蹤 101
4.3.1 信號跟蹤原理 101
4.3.2 載波跟蹤環路 102
4.3.3 碼跟蹤環路 109
4.4 導航數據同步 112
4.4.1 導航數據位同步 112
4.4.2 NH譯碼 113
4.4.3 導航數據幀同步 114
4.4.4 BCH譯碼與解交織 115
4.5 僞距測量 117
4.5.1 衛星信號發射時刻 118
4.5.2 衛星信號接收時刻 120
4.6 定時接收機時間的産生 121
4.6.1 接收機鍾差計算 121
4.6.2 接收機鍾差模型的建立 124
4.6.3 1PPS信號的實時控製 125
4.7 定時接收機時延標定 130
4.7.1 時延的分類 130
4.7.2 常用的時延測量儀器和方法 131
4.7.3 定時接收機通道整體時延相對標定方法 136
4.7.4 定時接收機通道整體時延絕對標定方法 137
參考文獻 139
第5章 北鬥/GNSS授時技術的應用 141
5.1 北鬥/GNSS授時在通信中的應用 142
5.1.1 通信行業應用需求與技術要求 142
5.1.2 通信行業北鬥授時應用技術 143
5.1.3 相關標準 146
5.1.4 通信行業應用情況 151
5.2 北鬥/GNSS授時在電力係統中的授時應用 152
5.2.1 電力應用需求 153
5.2.2 電力時間同步網架構 162
5.2.3 基本式時間同步係統 163
5.2.4 北鬥/GNSS電力時鍾技術要求 165
5.2.5 時間同步信號、接口及其時間同步準確度 171
5.2.6 電網衛星定時與時間同步檢測 171
5.3 北鬥/GNSS授時在交通係統中的應用 172
5.3.1 GNSS授時技術在城市交通中的應用 173
5.3.2 北鬥/GNSS授時技術在鐵路交通中的應用 175
5.3.3 北鬥/GNSS授時技術在公路交通中的應用 179
5.4 銀行金融係統中的授時應用 182
5.5 地震監測係統中的授時應用 187
5.6 礦業係統中的授時應用 189
5.7 北鬥/GNSS授時在廣電係統中的應用 190
5.8 北鬥/GNSS授時與可信時間認證 192
5.9 北鬥/GNSS授時在科學研究中的應用 195
5.10 北鬥/GNSS授時在國防建設中的應用 197
5.10.1 靶場授時應用 198
5.10.2 人防係統應用 200
5.11 北鬥授時應用展望 201
參考文獻 202
縮略語 205
總 序
“北鬥係統與應用齣版工程”叢書,能作為國傢齣版工程推進,是件很好的事情,我錶示熱烈的祝賀,欣然作序予以鼓勵支持。北鬥係統不僅是項充滿活力的新興技術,而且是國傢重要的時空信息基礎設施,同時由於它與其他技術和産業的多重關聯性和融閤性,故成為現代智能信息産業群體的重大技術支持係統和具有巨大帶動力的時代産業發展引擎,與國傢安全、國民經濟和社會民生密切相關,與兩個“中國夢”密切相關,能夠服務全中國和全世界。北鬥係統的建設和運營,給國傢和社會的興邦強國、行業和企業的建功立業、團隊和個人的著書立說與創新創業創造精神的大發揮、大發展,提供瞭百年難遇的良好機會。“北鬥係統與應用齣版工程”叢書,也承載著同樣的使命,它所包括的內容包括係統、技術和應用三個方麵,這種選擇非常符閤實際需要,很全麵,且顧及瞭眼前和長遠,而且應用方麵所占的分量相當大。我建議在應用的服務領域要多下點功夫,這是北鬥係統和時空信息服務體係的關鍵。在當今的條件下,推進這個齣版工程,具有明顯的現實意義和長遠價值。為此,我在這裏要強調三點:一是一定要把國內外GNSS領域的成功經驗和教訓,進行係統總結,作為良好的參考;二是應該將我們在係統建設中的實踐,上升為理論與模式,進一步推進我們的工作與事業;三是在上麵兩點的基礎上,我們要有所前進,有所創造,在理論、實踐、産業和體係化發展推進上有所突破,逐步走嚮世界的前列,真正把這一齣版工程,做成北鬥係統偉大工程的一個不可分割的組成部分,反過來對於係統工程發揮指導促進作用,發揮其GNSS裏程碑效應和效能。
2015年12月
前 言
時間是錶徵物質運動的基本物理量,是現代信息社會的基本要素,是目前所有物理量及物理常數中測量精度最高的物理量。時間包含時刻和時間間隔兩個方麵,用於記錄事件發生的時刻和持續的時間。時間頻率信號可以通過電磁波來傳播,標準時間頻率信號可作為實用信息(如導航、定位等)的傳遞載體,直接服務於用戶。國際上有統一的國際標準時間——協調世界時(UTC)和國際原子時(TAI)。一個國傢也必須有統一的標準時間,用以規範和製約各類社會活動,以保證國傢、社會運轉的有序性和安全性。授時就是將標準時間信號(信息)傳遞給用戶,是統一時間應用的基礎。
高精度授時技術及其應用,特彆是導航衛星係統的授時應用,隨著信息化時代的到來越來越重要。授時應用範圍已經滲透到從基礎研究領域(天文學、地球動力學、物理學等)到工程技術領域(信息傳遞、深空跟蹤、空間旅行、導航定位、武器實驗、地震監測、計量測試等),還關係到國計民生的國傢諸多重要部門和領域(交通運輸、電力輸配、金融證券、郵電通信等)的方方麵麵,幾乎無所不在,成為我國科技、經濟、軍事和社會進步的重要支撐。
根據作者多年的授時技術相關研究成果以及衛星導航係統授時應用的積纍,本書對衛星導航係統,主要是北鬥係統中的授時技術要素進行瞭詳盡分析,係統介紹瞭衛星導航係統中時間産生、傳播、接收以及應用的原理、方法和技術,論述瞭衛星導航係統中各部分的時間頻率特性和時間頻率技術。在編寫過程中,在介紹基礎知識的同時,也注重國際最新進展和最新應用成果。
全書共5章。
第1章簡要介紹瞭現代授時手段和技術發展簡史,然後介紹瞭衛星導航係統的發展曆程以及世界主要衛星導航係統的簡要情況,重點介紹瞭衛星導航係統的授時能力和北鬥衛星導航係統的基本情況。
第2章主要介紹瞭GNSS/北鬥係統時間以及GNSS/北鬥時間係統的組成與功能,詳細闡述瞭GPS與我國北鬥衛星導航係統時間産生的基本原理和方法,並對GNSS係統之間時間的兼容互操作作瞭簡要分析。
第3章詳細論述瞭GNSS/北鬥授時原理,重點介紹瞭GNSS單嚮授時、北鬥RDSS單嚮授時、北鬥RDSS雙嚮授時的原理;針對GNSS授時單星、多星的情況,給齣瞭詳細的鍾差計算模型;結閤我國北鬥衛星導航係統的特點,分析瞭北鬥RDSS單嚮授時、北鬥RDSS雙嚮授時的計算模型;最後,全麵分析瞭GNSS/北鬥定時的主要誤差,並給齣瞭相應的誤差改正方法。
第4章詳細介紹瞭GNSS/北鬥信號的捕獲與跟蹤原理及方法,介紹瞭導航數據的位同步、幀同步,並對接收機時間的産生及時延標定進行瞭論述。
第5章重點介紹瞭北鬥衛星導航係統授時在通信、電力、交通、金融、地震監測、礦業、廣電等行業的應用,以及在國防建設、科學研究、可信時間認證等領域的應用。
本書由吳海濤、李變、武建鋒、何在民、高玉平著,其中,吳海濤負責第5章,高玉平負責第1章,李變負責第2章,武建鋒負責第3章,何在民負責第4章。吳海濤對全書內容進行瞭統稿。
在本書編寫過程中,得到盧曉春研究員、李孝輝研究員、鬍永輝研究員的大力支持,陳洪卿、張鵬飛、王平利、呂宏春、陳菲、徐健等人參與瞭本書的編寫工作,郭偉副研究員為本書編寫提供瞭在廣電和可信時間戳方麵的應用技術資料,在此錶示感謝。同時感謝電子工業齣版社宋梅編審為本書編寫提供的大力支持。
由於作者水平有限,其中難免存在一些疏漏之處,懇請廣大讀者批評指正。
作 者
2016年1月
這是一本讓我重新審視時間價值的書。在我看來,時間是一種最公平的資源,但如何在紛繁復雜的世界中捕捉並利用好它,卻是一門深奧的學問。而“北鬥授時技術及其應用”這本書,恰恰揭示瞭如何通過尖端科技,將時間這一抽象的概念,轉化為可感可知、可用的精準度量。作者在書中深入淺齣地講解瞭北鬥係統是如何實現全球範圍內的時空基準統一,這種統一的重要性,在我讀完後纔有瞭深刻的體會。書中列舉的關於全球導航、通信、能源等領域的應用,無一不與精確的授時息息相關。我尤其被書中關於“時間同步”在現代社會基礎設施中的關鍵作用所吸引,它就像是看不見的“血管”,支撐著整個社會的正常運轉。這本書讓我從一個普通讀者的視角,看到瞭北鬥係統在國傢戰略和科技發展中的核心地位,它不僅僅是一個導航係統,更是一個國傢在時空領域自主可控的標誌。這本書的價值,在於它讓我明白瞭,原來我們習以為常的精準,背後凝聚瞭如此多的智慧和努力。
評分這本書帶給我的震撼,遠不止於對一項技術的認知,更在於它所蘊含的宏大敘事和深遠影響。作者在書中不僅僅停留在技術層麵的介紹,而是將北鬥授時技術置於一個更廣闊的時代背景下進行解讀。我感受到瞭國傢在獨立自主發展科技上的決心和毅力,以及北鬥係統從無到有、從弱到強的艱辛曆程。書中對北鬥係統在國際閤作和競爭中的地位的分析,也讓我看到瞭中國科技力量在國際舞颱上的崛起。我特彆喜歡書中關於“授時”在軍事、民生等多個領域協同發展的章節,它充分展現瞭北鬥係統的多功能性和戰略意義。當我瞭解到,僅僅是一個精確的時間信號,就能在如此多的關鍵領域發揮至關重要的作用時,我由衷地感到自豪。這本書讓我明白,科技的進步從來不是孤立的,它需要國傢層麵的戰略規劃、科研人員的不懈努力,以及社會各界的支持。它是一麵鏡子,摺射齣中國科技發展的輝煌成就,也指引著未來科技探索的方嚮。
評分讀完這本書,我最大的感受就是科技的力量是如此的強大,它能夠精準地連接起我們生活的每一個瞬間,甚至超越我們日常的感知。作者在書中對北鬥授時技術的原理進行瞭非常細緻的闡述,從基礎的原子鍾原理,到復雜的信號傳輸和解算過程,都用一種非常清晰易懂的語言進行瞭描述。我尤其欣賞的是書中對於“授時”這一概念的深入挖掘,它不僅僅是簡單的“告訴時間”,而是通過一係列精密的算法和校準,實現對全球用戶的毫秒級乃至更精確的時間服務。書中還列舉瞭許多實際的應用案例,比如在智慧交通領域,精準的授時技術如何保障瞭車輛的實時定位和路徑規劃,避免瞭交通擁堵和事故的發生;在金融領域,毫秒級的同步更是保障瞭交易的公平性和效率,避免瞭因時間差異造成的經濟損失。我作為一個普通的科技愛好者,也能從中窺見國傢在基礎科學和關鍵技術領域的深厚積纍,以及這些技術如何默默地支撐著現代社會的運轉。這本書讓我對“科技改變生活”這句話有瞭更深刻的理解,它不僅僅是一本技術手冊,更是一部關於中國科技進步的生動寫實。
評分這本書的封麵設計非常吸引我,采用瞭一種深邃的藍色背景,上麵點綴著無數閃爍的星點,仿佛真的置身於浩瀚的宇宙之中。封麵上“北鬥授時技術及其應用”這幾個字,設計得既有科技感又不失穩重,讓人一看就知道這是一本關於前沿技術的重要著作。我個人對天文學和導航技術一直有著濃厚的興趣,而“北鬥”這個名字更是充滿瞭中國航天的驕傲。雖然我不是專業人士,但從封麵的信息來看,這本書很可能深入淺齣地講解瞭北鬥導航係統在時間同步方麵的核心技術,以及這些技術如何滲透到我們日常生活的方方麵麵,比如精確到納秒級的定位、金融交易的毫秒級同步,甚至是科學實驗中的精密測量。我猜想書中會包含大量的圖示和數據,以直觀的方式展現北鬥授時技術的復雜性和優越性。我尤其期待看到它如何解釋“授時”這個概念,以及它與傳統授時方式的區彆和優勢。這本書的齣版,無疑為我瞭解中國自主導航技術的發展提供瞭一個絕佳的窗口,我迫不及待地想要翻開它,去探索那隱藏在星辰大海背後的科技奧秘。
評分在閱讀這本書的過程中,我時常會陷入一種沉思,去思考科技發展與人類社會的關係。作者在書中對於北鬥授時技術如何服務於社會發展,提升人民生活品質的描繪,讓我印象深刻。比如,書中提到在緊急救援場景下,精確的授時技術如何幫助救援隊伍快速定位遇險人員,爭取寶貴的救援時間。又比如,在農業生産中,精準的時間信息如何用於指導農作物的生長周期,提高産量。這些看似微小但卻至關重要的應用,讓我看到瞭科技的溫度和人文關懷。我更驚喜地發現,書中還討論瞭北鬥授時技術在科學研究領域的應用,例如在地震監測、地殼形變觀測等方麵的貢獻,這讓我看到瞭科技服務於人類探索未知、守護地球的偉大力量。這本書讓我意識到,技術本身是冰冷的,但它的應用卻能夠帶來溫暖和希望,能夠解決實際問題,推動社會進步。它不僅僅是一本技術書籍,更是一部關於科技如何賦能美好生活的生動案例集。
評分好好好好好好好好好好好好好好
評分好,學習。
評分好好好好好好好好好好好好好好
評分不錯,支持京東,比當當網要快
評分還不錯的書,工作參考用
評分請原諒我懶得一本一本的拍照片瞭,內容遠比外錶有價值,雖然略貴,可咱值得呀!!
評分好,學習。
評分非常好的教程,值得推薦!
評分內容好。
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