不通过自由纸面时建立时间基准的方法与性能分析

伍贻威，王世超

北京卫星导航中心，北京 100094

协调世界时(coordinated universal time，UTC)是一个国际上的时间基准，由国际计量局(Bureau International des Poids et Mesures(in French)，BIPM)计算并每月发布一次[1-2]。守时实验室和全球导航卫星系统(GNSS)都需要建立时间基准。守时实验室的时间基准记为UTC(k)，其中k为实验室代号。例如，中国国家授时中心(NTSC)建立和保持UTC(NTSC)；美国海军天文台(USNO)建立和保持UTC(USNO)。按照国际电信联盟(The International Telecommunication Union，ITU)的要求，[UTC-UTC(k)]的偏差要求保持在100 ns以内[1]。GNSS的时间基准记为GNSST(GNSS time)。例如，美国GPS的时间基准记为GPST(GPS time)；中国北斗卫星导航系统(BeiDou system，BDS)的时间基准记为BDT(BeiDou time)。GNSST一般溯源至某个UTC(k)，[UTC(k)-GNSST]一般保持在几十纳秒甚至更小的量级(本文中不加说明都是指mod 1 s的偏差)[1]。GNSST的性能将直接影响GNSS导航、定位、授时的性能。

传统建立GNSST的方法分两步：第1步，综合钟组内所有的原子钟，建立一个自由纸面时；第2步，将该自由纸面时溯源至某个UTC(k)，即使用该UTC(k)驾驭该自由纸面时，得到GNSST[2-5]。以建立GPST为例[5]，第1步，综合GPS地面和卫星上的原子钟，采用某种时间尺度算法(Kalman滤波器算法)，建立了一个自由纸面时；第2步，采用UTC(USNO)驾驭该自由纸面时，得到GPST，确保[UTC(USNO)-GPST]保持在一定范围内。建立BDT也采用了类似的两个步骤。目前的BDT为纸面时间，它是BDS导航、定位、授时的时间基准；如果是要指明其物理信号，一般的文档中都会强调“BDT的物理信号”。BDT的物理信号是某一台原子钟使用相位微跃计经过(时间、频率等)调整后的信号，即再进行1次驾驭，采用BDT驾驭某一台钟，产生BDT的物理信号，确保BDT的物理信号和BDT保持在一定范围内。

目前，国内外对于建立时间基准的研究，大部分还局限在传统方法的基本框架下，期望通过优化设计时间尺度算法和驾驭算法来提升时间基准的性能(具体算法优化设计参见文献[4—19])，并没有对传统方法本身进行改进。……