時間同步與頻率同步

時間同步與頻率同步

正文

時間同步是通過時刻比對將分布在不同地方的鐘的時刻值調整到一定的準確度或一定的符合度。前者稱為絕對時間同步(也稱對時),後者稱為相對時間同步。頻率同步是通過頻率比對將分布在不同地方的頻率源的頻率值調整到一定的準確度或一定的符合度。前者稱為絕對頻率同步(也稱校頻),後者稱為相對頻率同步。不同的時間頻率源在一段時間內的時間同步等效於相應的頻率同步,所以一般統稱為時間頻率同步。
時間頻率同步方法 時間頻率同步的方法很多,較典型的是利用高頻、甚低頻、羅蘭-C、電視、搬運鍾和衛星等發出的標準時間頻率信號作為依據進行同步。
接收高頻發播的標準時間頻率信號進行同步的方法比較簡單。但是它依靠天波傳播,受電離層高度變化的影響,傳播距離會發生變化,所以同步精度只有幾毫秒。
接收甚低頻發播的標準時間頻率信號進行同步的方法依靠地波傳播,損耗低,相位穩定,有效作用距離可及全球。如果避開日出、日落時間,採用時間編碼體制,則同步精度可達10微秒。
羅蘭-C鏈是美國海軍設立的一個低頻(100千赫)雙曲線導航系統,傳播特性穩定,覆蓋區域較廣(見羅蘭導航系統)。國際時間局利用這個系統作為比對世界各國的原子鐘數據以求得國際原子時的手段。它的同步精度可達1微秒。
利用電視中的標準時間頻率信號進行時間頻率同步的精度也較高,而且經濟易行,但它只能用於電視網所及之處。它分為無源法和有源法兩種。無源法是以電視信號的某一約定的行同步脈衝作為比對用的參考時刻(中國採用行6,美國採用行10),同步精度可達0.5微秒;有源法直接接收彩色電視中的標準時間信號和副載頻,時間同步精度可達0.5微秒,頻率同步精度可達5×10-12 /30分。
將攜帶型時間頻率標準從一個地方搬運到另一個地方進行時間頻率同步,是一種最直接和準確、可靠的方法,時間同步精度達0.1微秒。
衛星時間頻率同步 1962年美國和英國利用“電星“通信衛星進行了時間同步試驗。隨後,很多國家(包括中國)也利用同步衛星進行過多種時間頻率同步試驗。衛星時間頻率同步方法分為單向轉發、雙向轉發、衛星標準和全球定位系統四種。
① 單向轉發法:在同步軌道上的衛星接收來自主地球站的標準時間頻率信號,並轉發給其他地球站用戶。這種方法受衛星位置漂移和地球站與衛星之間傳播時延誤差等影響,同步精度只有幾毫秒。
② 雙向轉發法:進行時間頻率同步的兩個地球站通過同步衛星轉發,同時向對方發射或接收時間頻率信號。這樣,傳播時延誤差可以在很大程度上被抵消,同步精度可提高到幾十納秒量級。
③ 衛星標準法:通過接收同步衛星所攜帶的時間頻率標準的信號來進行時間頻率同步。這種方法雖然也是單向傳播,但衛星同時發出自己的位置信號以供計算傳播時延,所以同步精度可達微秒量級。
④ 全球定位系統:美國研製的可覆蓋全球的衛星導航系統,包括均勻分布的18顆同步衛星,各衛星帶有相同的時間頻率標準。各地用戶就近接收 3顆衛星上偽噪 聲編碼的時刻信號、位置信號和供計算修正用的信號,以進行時間頻率同步。同步精度可達納秒量級。
時間頻率同步的發展 隨著對時間頻率同步精度要求的提高,已提出靜止軌道雷射同步 (lasso)和太空梭實驗等時間頻率同步的新建議。國際時間局和法國建議利用LASSO進行時間頻率同步,即利用“義大利工業研究衛星”(Sirio-Ⅱ)同步衛星上的雷射反射器,將一個地球站向衛星發射的雷射脈衝反射到另一個地球站以進行時間頻率同步,預期同步精度將優於1納秒。美國航空航天局建議利用太空梭實驗進行全球範圍內高精度的時間頻率同步。太空梭上裝有高精度的原子鐘,它通過單向或雙向連續波信號和時碼調製微波信號同地面上的時間頻率標準進行比對。為了校準這一空間系統,在使用微波信號的同時還使用短脈衝雷射信號。此外,還採取修正傳播時延誤差和消除都卜勒效應誤差等措施,預期同步精度也優於1納秒。

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