远程时间校准系统数据处理中心的研制

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时间是目前测量精度最高的物理量,在计量、测试、导航、通讯、国防、军事等领域广泛应用。但是,受限于现有授时技术水平和成本预算要求(电话、网络授时难以实现纳秒级的授时精度,高精度卫星双向远程时间比对成本太高),尽管我国标准时间与协调世界时(UTC)近年来的偏差不大于30纳秒(ns),国内远程用户获得纳秒级的授时精度成本较高。因此,研究低成本、高精度的远程时间校准系统,使用户本地时间能够溯源到国家/国际标准时间十分必要。本文基于导航卫星共视原理,研究了远程时间校准系统数据处理中心的实现方法,并通过零基线、长基线共视时间校准实验,分析了系统性能。主要研究内容如下:1)在研究现有远程时间校准方法基础上,分析了各方法的优缺点,提出了基于导航卫星连续共视的远程时间校准方法——与传统卫星共视授时方法不同,它重新制定了更为灵活的无间断的共视时刻表,使相同观测时间内,可以测量到更多的观测数据;将卫星观测与数据处理并行化,实现了连续监测,提高了系统用户时间性能分析结果的精度。为用户提供溯源到国家标准时间的可靠时间校准数据。2)研究了连续共视时间校准中系统误差的修正方法,提高远程时间校准的精度。实验证明,使用连续测量数据均值作为系统差修正值,能够有效剔除系统差。3)研究了适于本系统的粗差剔除方法,保证测量结果的可靠性。本系统单次校准中,可共视卫星总数小于20颗,常用于粗差剔除的莱特准则不适于本系统[1]。根据系统的特点,提出使用单次校准数据中值的3倍作为粗差识别阈值,实验证明,这种方法可以有效剔除单次校准数据粗差。4)基于系统用户数据特点,提出了多用户系统中,由多任务并发导致的共享资源使用冲突的解决方法。系统用户数据具有结构相似、高并发的特点,在设计过程中,除采用常用的多线程技术以外,通过冗余化高使用率共享资源,为用户设置专属的数据采集、数据存储、数据处理通道,大大提高了系统的响应效率。5)通过研究交互式数据库应用程序设计方法,利用MySQL数据库管理系统及美国NI公司的LabWindows虚拟仪器平台,编程实现了数据处理中心管理系统软件和数据存储分析系统软件。使用数据库存储过程封装较为复杂的数据处理算法,在提高系统稳定性的同时,满足了用户二次开发的需要。6)设计零基线、长基线共视时间校准实验,对系统功能进行了测试,并基于系统测量不确定度评估理论分析了远程时间校准系统的测量性能。目前本文研究完成的数据处理中心已经作为远程时间校准系统的组成部分投入运行,通过5天零基线共视校准及5天基线长度1800公里的长基线共视校准试验,系统对基线长度1800公里的国内用户本地时间的校准A类不确定度为3.2ns,B类不确定度为5.5ns,当扩展因子k=2时,合成不确定度优于13ns。
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