北斗+GPS光纤拉远授时系统
基于GPS和北斗卫星授时的高精度时间显示系统设计
基于 GPS 和北斗卫星授时的高精度时间显示系统 设计
张鸣凤，谢家祖，吴筝，付玉，时瑞瑞，郭辉，邓帅 （天津师范大学电子与通信工程学院，天津，300387)
摘要：本论文根据目前国内通讯授时系统的情况, 结合了GPS和北斗卫星导航系统(以下简称BDS)的双模授时方法, 提出一种基于GPS和BDS 授时的高精度时间显示系统的设计方案。本文研究了一种由单片机STM32控制的基于GPS和BDS授时的高精度时间显示系统，该系统确保 在卫星数据丢失的条件下，时间显示依然精准稳定，方案中自主设计的STM32F103RCT6模块，在系统工作空间不受局限的同时，预留了 很多可增加的功能空间。 关键词：北斗卫星导航系统；授时系统；STM32处理器
图 2 信号采集模块的程序框架
处理器开机启动后通过卫星信号接收电路中的 RX1 引 脚和 TX1 引脚采集时间数据，然后将时间数据发送到本地 自守时电路，本地自守时电路根据时间推算的算法保证精确 并自动推算时间。在卫星数据丢失的时候，处理器将直接根 据本地自守时电路推算出来的时间作为当前时间，此时间与 卫星信号发送的实际时间几乎无差别。
块均正常工作 , 若任意一个卫星信号的 1PPS 信号检测不到， 和湿度数值，最后将已经获得的时间信息、温度信息和湿度
对应模块都会自动进行重复采集信号的工作。信号采集芯片 信息发送到大尺寸的 LED 数码管显示。图 3 是该系统的程
能将此信号中的时间信息，利用相应的算法原理，转换成当 序处理流程图。
LED 显示电路采用 74HC245 芯片组成的驱动数码管动
态显示电路，LED 显示电路主要用于将处理器发送过来的
时间信息、温度信息和湿度信息显示给用户。
图 1 为本系统的电路结构连接框图。
北斗授时系列产品解决方案
北斗授时系列产品解决方案一、引言北斗授时系统是基于北斗导航卫星系统的时间服务系统，通过北斗导航卫星提供高精度的时间信号，为各行业用户提供准确可靠的时间同步服务。
本文将介绍北斗授时系列产品的解决方案，包括产品特性、应用场景、技术优势以及市场前景。
二、产品特性1. 高精度时间同步：北斗授时系列产品能够提供高精度的时间同步服务，精度可达毫秒级，满足各行业对时间同步的需求。
2. 多种接入方式：北斗授时系统支持多种接入方式，包括北斗导航卫星接收器、网络接口、无线传输等，方便用户根据实际需求选择合适的接入方式。
3. 安全可靠：北斗授时系统采用多重备份机制，确保时间信号的稳定性和可靠性，同时具备防护措施，防止恶意攻击和数据泄露。
4. 灵便可扩展：北斗授时系统支持灵便的扩展能力，可根据用户需求进行定制化开辟，满足不同行业的特殊需求。
三、应用场景1. 金融行业：北斗授时系统在金融行业中广泛应用，用于交易系统的时间同步、证券交易的时间戳记录等，确保交易的准确性和可信度。
2. 电力行业：北斗授时系统可用于电力系统的时间同步，确保各个电力设备的协同工作，提高电力系统的稳定性和可靠性。
3. 通信行业：北斗授时系统可用于通信基站的时间同步，提高通信网络的精确度和传输效率，减少通信故障的发生。
4. 交通运输行业：北斗授时系统可用于交通信号灯的时间同步，实现交通信号的精确控制，提高交通流量的效率和安全性。
5. 公共服务行业：北斗授时系统可用于公共服务设施的时间同步，如天文台、气象局等，提供准确的时间标准。
四、技术优势1. 高精度定位技术：北斗导航卫星系统具备高精度的定位能力，可以提供精确的时间信号，满足各行业对时间同步的高要求。
2. 多通道接收技术：北斗授时系统采用多通道接收技术，能够同时接收多颗北斗导航卫星的信号，提高接收效率和可靠性。
3. 数据压缩与加密技术：北斗授时系统采用数据压缩和加密技术，有效减小数据传输的带宽占用，并保护数据的安全性，防止数据被篡改和窃取。
北斗授时系列产品解决方案
北斗授时系列产品解决方案一、引言北斗授时系统是基于北斗卫星导航系统的时间服务，通过北斗卫星信号传输时间信息，为用户提供高精度、高可靠的时间服务。
本文将详细介绍北斗授时系列产品的解决方案，包括产品概述、技术原理、应用场景和优势。
二、产品概述1. 北斗授时模块北斗授时模块是一种集成了北斗卫星接收器和授时芯片的小型设备。
它通过接收北斗卫星信号并解算时间信息，为用户提供准确的时间服务。
该模块具有高灵敏度、低功耗和稳定性强的特点，可广泛应用于智能电表、物联网设备等领域。
2. 北斗授时终端北斗授时终端是一种集成了北斗授时模块和显示屏的设备。
它可以通过显示屏直观地显示当前时间，并支持与其他设备的通信，实现时间同步功能。
该终端适用于各种场景，如办公室、学校、医院等，为用户提供精准的时间服务。
三、技术原理北斗授时系统基于北斗卫星导航系统，利用北斗卫星信号传输时间信息。
具体实现过程如下：1. 北斗卫星信号接收：北斗授时模块通过天线接收北斗卫星信号，并将信号传输给授时芯片。
2. 信号解算：授时芯片对接收到的北斗卫星信号进行解算，计算出当前的时间信息。
3. 时间同步：北斗授时终端通过与授时模块的通信，获取准确的时间信息，并实现时间同步功能。
四、应用场景北斗授时系列产品在以下场景中具有广泛的应用：1. 智能电表：北斗授时模块可以集成到智能电表中，为电表提供准确的时间信息，实现电费计量和电力调度等功能。
2. 物联网设备：北斗授时终端可以与物联网设备进行通信，为设备提供精准的时间同步，确保设备之间的数据同步和协同工作。
3. 金融系统：北斗授时系统可以应用于金融系统中，为交易系统提供准确的时间戳，确保交易的顺利进行。
4. 航空航天领域：北斗授时系统可以应用于航空航天领域，为飞行器提供精确的时间服务，确保飞行器的导航和通信系统正常运行。
五、产品优势北斗授时系列产品具有以下优势：1. 高精度：北斗授时系统通过北斗卫星信号传输时间信息，具有高精度的特点，可以满足各种应用场景的时间需求。
北斗授时设备原理及安装
北斗授时设备原理及安装
北斗授时设备的原理基于北斗导航卫星系统，通过接收卫星信号实现精准的时间同步。
该设备通过接收来自多颗北斗卫星的信号，经过处理后获取高精度的时间信息，并通过与GPS、GLONASS等系统对比，实现更高精度的时间同步。
北斗导航卫星上配有星载原子钟，以确保北斗授时系统有精确的时间源。
导航卫星将携带了精确标准时间信息及卫星位置信息的信号发播出去，接收机通过解算自己和卫星的钟差，就可以修正本地时间，完成授时。
对于动态移动中的用户，在完成授时的同时需要获得其位置信息。
安装北斗授时设备时，需要确保设备能够接收到足够的北斗卫星信号。
安装位置应尽可能开阔，无遮挡物，以避免信号被阻挡。
此外，还需要根据设备型号和规格进行安装，确保设备能够正常工作。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议访问中国卫星导航定位应用管理中心官网或咨询专业技术人员。
北斗卫星导航系统空间信号授时设计分析
北斗卫星导航系统空间信号授时设计分析摘要北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。
随着北斗系统建设和服务能力的发展，相关产品已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾、应急搜救等领域，逐步渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面，为全球经济和社会发展注入新的活力。
关键词：卫星导航系统；精准授时；卫星定位；北斗系统目录摘要 (1)第1章绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 理论概述 (1)第2章北斗系统 (2)2.1北斗一号 (2)2.2北斗二号 (2)第3章授时分析 (3)3.1基本概念 (3)3.2授时原理 (3)3.3北斗授时 (5)第4章误差分析 (6)第5章总结 (6)参考文献 (8)第1章绪论1.1 课题研究背景中国北斗卫星导航系统（英文名称：BeiDou Navigation Satellite System，简称BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，也是继GPS、GLONASS之后的第三个成熟的卫星导航系统。
北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
2020年6月23日，北斗三号最后一颗全球组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空。
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。
全球四大卫星定位系统
“伽利略”定位系统的优势
“伽利略”系统是世界上第一个基于民用的全球卫星导航定位系统，投入 运行后，全球的用户将使用多制式的接收机，获得更多的导航定位卫星的信 号，将无形中极大地提高导航定位的精度，这是“伽利略”计划给用户带来的 直接好处。
“伽利略”首颗实验卫星假想画面“伽利略”计划是欧洲自主、独立的全 球多模式卫星定位导航系统，提供高精度，高可靠性的定位服务，实现完全 非军方控制、管理，可以进行覆盖全球的导航和定位功能。
GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测 地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根 据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、 弹载式。 全球定位系统具有性能好、精度高、 应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。
随着全球定位系统的不断改进，硬、软件
的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前
已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人
Glonass系统为军民两用而设计，可使用户实时标明位置。在2007联邦预算中共分 配给Glonass 3.8亿美元，2006年则为1.81亿美元。
欧洲“伽利略”系统
伽利略定位系统（Galileo Positioning System），是欧盟 一个正在建造中的卫星定位系统，有“欧洲版GPS”之 称，也是继美国现有的“全球定位系统”（GPS）及俄 罗斯的GLONASS系统外，第三个可供民用的定位系统。 伽利略系统的基本服务有导航、定位、授时；特殊服 务有搜索与救援；扩展应用服务系统有在飞机导航和 着陆系统中的应用、铁路安全运行调度、海上运输系 统、陆地车队运输调度、精准农业。2010年1月7日，欧 盟委员会称，欧盟的伽利略定位系统将从2014年起投 入运营。
中国“北斗”系统自身的特点
１.“北斗”具有定位和通信双重作用,具备的 短信通讯功能就是GPS所不具备的。
北斗卫星导航系统与应用综述
北斗卫星导航系统及应用综述0引言北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统〔BDS〕,是继美全球定位系统〔GPS〕和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统. 系统由空间端、地面端和用户端组成,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时效劳,并具短报文通信水平,已经初步具备区域导航、定位和授时水平,定位精度优于20m,授时精度优于100ns. 2021年12月27日,北斗系统空间信号接口限制文件正式版正式公布,北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时效劳.1北斗卫星导航系统根本信息介绍中国在2003年完成了具有区域导航功能的北斗卫星导航试验系统,之后开始构建效劳全球的北斗卫星导航系统,于2021年起向亚太大局部地区正式提供效劳,并方案至2021年完成全球系统的构建.北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统及欧盟伽利略定位系统一起,是联合国卫星导航委员会已认定的供给商.1.1北斗卫星导航系统的定位原理“北斗一号〞卫星导航系统的定位原理与GPS系统不同,GPS采用的是被动式伪码单向测距三维导航,由用户设备独立解算自己的三维定位数据,而“北斗一号〞卫星导航定位系统那么采用主动式双向测距二维导航,由地面中央限制系统解算供用户使用的三维定位数据.“北斗〞卫星是中国“北斗〞导航系统空间段组成局部,由两种根本形式的卫星组成,分别适应于GEO和MEO轨道.“北斗〞导航卫星由卫星平台和有效载荷两局部组成.卫星平台由测控、数据治理、姿态与轨道限制、推进、热控、结构和供电等分系统组成.有效载荷包括导航分系统、天线分系统.GEO卫星还含有RDSS有效载荷.因此,“北斗〞卫星为提供导 航、通信、授时一体化业务创造了条件.“北斗〞导航卫星分别在1559MH z 〜 1610MH z 、1200MH z 〜1300MH z 两个频段各设计有两个粗码、两个精密 测距码导航信号,具有公开效劳和授权效劳两种效劳模式［1.“北斗二号〞导航卫星系统体制第二代导航卫星系统与第一代导航卫星系统 在体制上的差异主要是：第二代用户机可免发上行信号,不再依靠中央站电子高 程图处理或由用户提供高程信息,而是通过直接接收卫星单程测距信号来自己定 位,系统的用户容量不受限制,并可提升用户位置隐蔽性.1. 2北斗卫星导航系统的系统组成 北斗双星导航系统主要由空间局部、地面中央限制系统和用户终端3个局部 组成.空间局部由轨道高度为36000km 的2颗工作卫星和1颗备用卫星组成(一 个轨道平面),其坐标分别为(80° E, 0°, 36000km)、(140° E, 0,° 36000km)、(110. 5° E, 0° , 36000km).卫星不发射导航电文,也不配备高精度的原子钟,只是用于在地面中央站与用户之间进行双向信号中继.卫星电波地面中央站图1.1北斗卫星导航定位系统定位原理图 日星2能覆盖地球外表42%的面积,其覆盖的经度为100°,纬度为N81°其轨道如图1. 2所示. 地面中央限制系统是北斗导航系统的中枢,包括1个配有电子高程图的地面 中央站、地面网管中央、测轨站、测高站和数十个分布在全国各地的地面参考标 校站,主要用于对卫星定位、测轨,调整卫星运行轨道、姿态,限制卫星的丁作,测 量和收集校正导航定位参量,以形成用户定位修正数据并对用户进行精确定位. 用户终端为带有定向天线的收发器,用于接收中央站通过卫星转发来的信号和向 中央站发射通信请求,不含定位解算处理功能.根据应用环境和功能的不同,北 斗用户机分为普通型、通信型、授时型、指挥型和多模型用户机5种,其中,指挥 型用户机又可分为一级、二级、三级3个等级.时间系统和坐标系统:时间系统采 用UTC (世界协调时),坐标系统采用1954年北京坐标系和1985年中国国家高程 系统.未来的北斗卫星导航系统(COMPASS)将由分布在3个轨道面上的30颗中 等高度轨道卫星(MEO)和均匀分布在一个轨道面的5颗地球同步卫星构成.非静 止轨道上,每个轨道面10颗卫星,其中1颗为备用,轨道倾角为56 .卫星轨道半长 轴约为2.7万km .1.3北斗卫星导航系统的工作过程地面限制中央向卫星I 和卫星II 同时发送询问信号,经卫星转发器向效劳区内的用户播送.用户响应其中一颗卫星的询问信号,并同时向两颗卫星发送响应信 号,经卫星转发回中央限制系统［2.中央限制系统接收并解调用户发来的信号,然 后根据用户申请的效劳内容进行相应的数据处理.对定位申请,中央限制系统测 出两个时间延迟：即从中央限制系统发出询问信号,经某一颗卫星转发到达用户, 用户发出定位响应信号,经同一颗卫星转发回中S81图1.2北斗双星导航系统卫星轨道央限制系统的延迟；和从中央控制系统发出询问信号,经上述同一卫星到达用户,用户发出响应信号,经另一颗卫星转发回中央限制系统的延迟.由于中央限制系统和两颗卫星的位置均是的, 可以由上述两个延迟量计算出用户到第一颗卫星的距离,以及用户到两颗卫星距离之和.从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面,和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上；另夕卜,中央限制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值,又知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上.因此,中央限制系统利用数值地图可计算出用户所在点的三维坐标,并与相关信息或通信内容发送到卫星,经卫星转发器传送给用户或收件人.北斗卫星导航定位系统的工作步骤如下：(1)地面限制中央向2颗卫星发送询问信号;⑵卫星接收到询问信号,经卫星转发器向效劳区用户播送询问信号;⑶用户响应其中1颗卫星的询问信号,并同时向2颗卫星发送回应信号;(4)卫星收到用户响应信号,经卫星转发器发送回地面限制中央；(5)地面限制中央收到用户的响应信号,解读出用户申请的效劳内容；(6)地面限制中央利用数值地图计算出用户的三维坐标位置,再将相关信息或通信内容发送到卫星；(7)卫星在收到限制中央发来的坐标资料或通信内容后,经卫星转发器传送给用户或收件人. 2北斗卫星导航系统的功能优势北斗卫星导航系统是利用地球同步卫星为用户提供快速定位、简短数字报文通信和授时效劳的一种全天候、区域性的卫星定位系统.2.1北斗卫星导航系统具有的三大功能(1)快速定位：系统可为效劳区内用户提供全天候、高精度、快速实时定位(可在1秒之内完成)、效劳,定位精度为20〜100m;(2)短报文通信：系统用户终端具有双向数字报文通信功能,注册用户利用连续传送方式可以传送多达120个汉字的信息；(3)精密授时：系统具有单向和双向两种授时功能.根据不同的精度要求,利用授时终端,完成与CNSS之间的时间和频率同步,提供100ns (单向授时)和20ns (双向授时)的时间同步精度.2.2北斗卫星导航系统具备的优势(1)同时具备定位与通信双重功能,无需其它通信系统支持,而GPS、GLONASS只能定位；(2)覆盖范围较大,没有通信盲区.北斗系统覆盖了中国及周边国家和地区, 不仅可为中国、也可为周边国家效劳；(3)特别适合集团用户大范围监控与治理；(4)独特的中央节点式定位处理和指挥型用户机设计.它不仅能使用户知道自己的所处的位置,还可以告诉别人自己的位置所处的地方,特别适用于需要导航与移动数据通信场所,如交通运输、调度指挥、搜索营救、地理信息实时查询等；(5)自主系统,高强度加密设计,平安、可靠、稳定,适合关键部门应用；(6)接收终端不需铺设地面基站,用户终端相对廉价.(北斗卫星导航定位系统的潜力主要表达在定位通信综合领域上.目前仅需要定位的用户,对北斗的需要不迫切；对于既需要定位又需要把位置信息传递出去的用户,北斗卫星导航定位系统是非常有用的.〕3北斗卫星导航系统的应用3.1北斗卫星导航系统的应用范围“北斗〞卫星导航试验系统自2003年正式提供效劳以来,在交通运输、海洋渔业、水文监测、气象测报、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾和国家平安等诸多领域得到广泛应用,产生显著的社会效益和经济效益.特别是在南方冰冻灾害、四川汶川和青海玉树抗震救灾、北京奥运会以及上海世博会中发挥了重要作用.1〕在交通运输方面,基于“北斗〞卫星导航试验系统的“新疆公众交通导航监控系统〞、“公路根底设施平安监控系统〞以及“港口高精度实时定位调度监控系统〞等应用推广工作,取得了良好的示范效果.2〕在海洋渔业方面,基于“北斗〞卫星导航试验系统的海洋渔业综合信息效劳平台,为渔业治理部门提供船位监控、紧急救援、信息发布、渔船出入港治理等效劳.3〕在水文监测方面,基于“北斗〞卫星导航试验系统的水文监测系统,实现多山地域水文测报信息的实时传输,提升灾情预报的准确性,为制订防洪抗旱调度方案提供重要的保证. 4〕在气象测报方面,成功研制一系列气象测报型“北斗〞终端设备,形成实用可行的系统应用解决方案,解决中国气象局和各地气象中央气象站的数字报文自动传输问题.5〕在森林防火方面,“北斗〞卫星导航试验系统成功应用于森林防火系统,其定位与短报文通信具有较好实际应用效果.6〕在通信时统方面,成功开展“北斗〞双向授时应用示范,突破光纤拉远等关键技术,研制出一体化卫星授时系统.7〕在电力调度方面,成功开展基于“北斗〞卫星导航试验系统的电力时间同步应用示范,为电力事故分析、电力预警系统、保护系统等高精度时间应用创造了条件.8〕在救灾减灾方面,基于“北斗〞卫星导航试验系统的导航定位、短报文通信以及位置报告功能,提供全国范围的实时救灾指挥调度、应急通信、灾情信息快速上报与共享等效劳,显著提升了灾害应急救援的快速反响水平和决策水平.“北斗〞卫星导航系统建成后将为民航、航运、铁路、金融、邮政等行业提供更高性能的定位、导航、授时和短报文通信效劳.3.2北斗卫星导航系统的应用特点北斗卫星导航定位系统由空间卫星、地面主控站〔限制中央〕与标校站和用户终端设备三大局部组成,它具有快速二维定位、双向简短报文通信和精密授时三大根本功能.该系统基于“二球交会〞原理进行定位,即以2颗卫星的位置坐标为圆心,各以测定的本星至用户机的距离为半径,形成2个球面,用户机必然位于这2个球面交线的圆弧上.地面限制中央存储的电子高程地图库提供1个以地心为球心,以球心至用户机的距离为半径的球面.求解圆弧线与该球面的交点, 并根据用户在赤道平面北侧的实际情况,即可获得用户的二维位置坐标⑶.北斗卫星导航定位系统主要应用特点如下[4-5]:1〕系统覆盖我国全部国土及周边区域北斗系统是覆盖我国外乡及其周边地区的区域性卫星导航定位系统,覆盖范围为东经70°〜145°,北纬5°〜55°,可以无缝覆盖我国全部国土和周边海域, 在中国全境范围内具有良好的导航定位可用性.2〕系统定位、授时精度能满足导航定位需要北斗系统的二维水平定位精度〔16〕为20m〔不设标校站区域100m〕,双向授时精度20ns〔单向授时精度100ns〕,与GPS系统的民用精度根本相当,能满足用户导航定位和授时要求.北斗系统的注册用户分为3个效劳等级,对应的定位响应时延分别为:一类用户5s,二类用户2$,三类用户1s北斗系统具有单向和双向2种授时功能,根据不同的精度要求,定时传送最新授时信息给用户端,供用户完成与北斗卫星导航定位系统之间时间差的修正. 3〕系统双向报文通信功能应用优势明显北斗系统具有用户与用户、用户与地面限制中央之间的双向报文通信水平. 系统一般用户1次可传输36个汉字,经核准的用户利用连续传送方式1次最多可传送120个汉字这种简短双向报文通信效劳,可有效地满足通信信息量较小、但即时性要求却很高的各类型用户应用系统的要求.这很适合集团用户大范围监控治理和通信不兴旺地区数据采集传输使用.对于既需要定位信息又需要把定位信息传递出去的用户,北斗卫星导航定位系统将是非常有用的.需特别指出的是,北斗系统具备的这种双向简短通信功能,目前已广泛应用的国外卫星导航定位系统〔如GPS、GLONASS系统〕并不具备.4〕系统有源定位体制使用户定位的隐蔽性、实时性较差,用户容量受限北斗系统是主动式有源双向测距二维导航系统,在地面限制中央进行用户位置坐标解算.北斗系统的有源定位工作方式使用户定位的同时失去了无线电隐蔽性,这在军事上是不利的.另夕卜,北斗系统对地面限制中央的依赖性大,一旦其地面中央限制系统受损,系统就不能继续工作了；用户设备必须包含发射机,因此其在体积、重量、功耗和价格方面远比GPS接收机来得大、重、耗电与贵.北斗系统从用户发出定位申请,到收到定位结果,整个定位响应时间最快为1s,即用户终端机最快可在1s后完成定位.这1s的定位时延对飞机、导弹等高速运动的用户来说时间嫌长.北斗系统适合为车辆、船舶等慢速运动的用户提供效劳.北斗系统导航定位实时性较差,对于高动态载体〔如飞机、导弹等〕,该缺陷是显而易见的.北斗系统是主动双向测距的询问〕应答系统,系统的用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率.因此,北斗系统的用户设备工作容量是有限的.北斗系统可为以下用户机每小时提供54万次的效劳:一类用户机〔适合于单人携带使用〕10000〜20000个,5〜10min效劳一次;二类用户机〔适合于车辆、舰船使用〕5500个,10〜60s效劳一次.“北斗〞系统的上述应用特点,决定了该系统适合在中国全境范围内,在测绘、电信、水利、交通运输、勘探等使用要求相对较低的民用领域进行导航定位、报文通信和授时效劳等应用.目前该系统在军事领域的应用,受到了一定的制约.3.3北斗卫星导航系统的应用现状北斗卫星导航定位系统运营以来,在军民用领域上发挥了重要作用,迄今为止, 已为用户提供定位效劳超过亿次,通信效劳超过千万条,在森林防火、水利防汛、交通运输等民用、军用领域产生了显著的社会效益.所研制的黑龙江大兴安岭森林防火信息系统、澜沧江上湄公河船舶调度治理系统和郑州铁路局铁路机车到站报点系统等北斗系统应用示范工程,已取得了明显的经济效益［6-7］.但是,北斗系统作为我国自行研制的、具有鲜明应用特点的卫星导航定位系统,总的来说,目前的实际应用并不理想.主要表现在：1〕系统应用不充分,与世界上第三个投入实际应用的卫星导航定位系统的地位不相称北斗系统工作容量可达百万户,而目前注册在线的终端用户却缺乏千分之一, 卫星资源闲置严重.该系统的快速定位、双向报文通信和精密授时0功能,特别是双向报文通信功能未得到充分应用,该导航定位系统在许多民用领域中的用途还未被认知.中国工程院戚发韧院士经过对北斗系统进行详实的调研后提出：中国研制成功的第一个拥有自主知识产权的北斗卫星导航系统,目前在民用领域资源利用并不充分,几近闲置.他在调研报告中明确写到:北斗系统本应拥有上百万用户的水平,目前却只有几千个用户,国家投入几十亿元,但利用很不充分,造成了资源的严重浪费.北斗卫星导航定位系统目前在民用领域应用不充分、未形成产业化的现状,与该系统作为世界上第三个投入实际应用的卫星导航定位系统的地位很不相称.2〕用户终端设备价格偏高,在市场上无法与GPS系统形成竞争北斗系统目前的有源定位技术体制决定了其用户终端设备需能收能发,在技术应用上有通信功能,应用优势明显,这是无可疑心的.但这种体制也使用户终端制造本钱增加,加上终端设备用户少,所以目前市场价格偏高,多数用户难以接受. 用户终端设备价格昂贵的北斗系统在市场上是无法与GPS系统进行竞争的. 3〕用户终端设备研制开发滞后,跟不上应用需求北斗系统用户终端设备研制开发严重滞后于系统建设.究其原因,一是用户终端设备研制起步较晚,没有做到与系统建设同步研发；二是用户终端研制难度大,没有集中力量对其重点进行攻关,各研制单位各自为战,技术上不交流,形不成合力;三是国内器件、部件生产根底差,而进口芯片价格昂贵.在2002年北斗系统开始试运行时,系统民用终端设备尚不成熟.至今国内仍有十几家单位在投入资金研制北斗用户终端,但提升性能价格比的成效并不大,有的单位甚至不得不退出研发.目前能生产北斗系统民用终端的厂商有五、六家,产品价格较高,各有优缺点.北斗系统民用终端设备生产厂商各自为战的研制生产方式,在当前用户量不大、生产批量上不去的情况下,本钱下不来;而本钱下不来,市场用户就上不去, 形成一个恶性循环.用户终端设备生产方式存在的高本钱是影响北斗系统推广应用的问题之一.4〕北斗民用市场的自由化和无序竞争,影响了北斗系统应用市场的健康开展由于国家没有北斗系统民用开发规划和应用市场准入机制,市场完全是无序的自由竞争,一些企业单位对北斗系统市场熟悉和估计过于乐观,为早日抢到市场,自发投入不少资金开发北斗民用终端.到目前为止,真正获得成功、设备产品质量较好的厂家只有几个.有一些企业单位在产品技术质量还不成熟的情况下, 就急于推销自己的产品收回投资,采用低价竞争方式抢占市场,结果是实际运行故障频发用户效劳又跟不上,动摇了用户选用或继续使用北斗系统的信心,增加了对北斗系统应用的疑心情绪,影响了北斗系统健康开展和推广应用. 3.4北斗卫星导航系统应用的主要制约因素目前,影响、制约北斗系统在民用领域获得广泛应用的因素主要是[8]:1〕系统用户终端设备价格昂贵前面已分析到,造成北斗系统用户终端设备价格昂贵的主要原因,一是目前系统本身所采用的有源定位技术体制,二是终端设备生产量少、关键元器件依赖进口使生产本钱居高不下.关于北斗系统的技术体制改良和完善问题,已在中国第二代卫星导航系统的研制方案中根本得到了考虑.在后续分析的推动北斗系统民用产业化开展的对策与建议中,提出国家应投入资金,组织有关部门联合攻关, 解决北斗系统用户终端设备关键元器件国产化问题.2〕系统应用缺乏国家政策的有力支持北斗系统是国家花费巨资建设起来的的军、民两用区域性卫星导航定位系统. 作为一个新兴产业,北斗系统要开展壮大,与国家政策的支持是分不开的.但是, 我国至今缺少一个对国家平安有着重要意义的有关卫星导航定位产业的国家级政策,当然更缺少相应的治理方法和运营举措.这影响了企业和科研部门对北斗导航系统应用的投入,直接导致了用户终端产品品种少、水平低、价格贵.卫星导航应用产业已成为全球信息化产业中开展最快的产业之一,而中国的这项产业目前大多数在经营国外的产品,大量用户成为了外国产品的消费者.北斗系统应用研发与效劳的企业只有寥寥几家,用户少得可怜.3〕政策缺位直接导致系统应用推动乏力北斗卫星已经升空5年,可它作为一种新技术新业务,很少有人大力去普及推广,广阔用户特别是信息化人员,对其知之甚少,在各种媒体和市场上,也难以找到相关的宣传资料.很多企业和用户,甚至不知道谁是民用卫星导航产业的主管部门.北斗系统在应用系统的开发试验上,需要大量的资金投入,开发运营企业难以在资金上长久维持,用户就更做不到花费巨资,为自己建设应用小平台.没有国家资金的介入,公司的资金杯水车薪.4北斗卫星导航系统与GPS功能特点的比拟1.覆盖范围：北斗卫星导航系统主要覆盖我国外乡的区域性、全天候导航系统. 覆盖范围东经约70°〜140°,北纬5°〜55°.GPS是覆盖全球的、全天候导航系统；2.卫星数量和轨道特性：北斗卫星导航系统是在地球赤道平面上设置2颗地球同步卫星,卫星的赤道角距约60°.GPS是在6个轨道平面上设置24颗卫星, 轨道赤道倾角55°轨道面赤道角距60°;3.定位原理：北斗卫星导航系统是主动式双向测距二维导航.地面中央限制系统解算,供用户三维定位数据.GPS是被动式伪码单向测距三维导航.由用户设备独立解算自己三维定位数据；4、定位精度：北斗卫星导航系统为三维定位精度约几十米,授时精度约100ns. GPSm维定位精度P码已由16m提升到6m, C/A码已由25〜100m提升至U 12m, 授时精度约20ns;5、用户容量：北斗卫星导航系统由于是主动双向测距的询问一应答系统.用户容量取决于用户允许的信道阻塞率、询问信号速率和用户的响应频率,因此,北斗卫星导航系统的用户容量是有限的.GPS是单向测距系统.用户只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位,。
双模授时的原理
双模授时的原理双模授时是一种同时使用全球定位系统（GPS）和中国北斗导航系统（BDS）卫星信号的技术，用于提供高精度的时间同步服务。
它的原理基于卫星信号的传播和接收，结合精确的时间信号处理算法，确保用户在任何地点和任何时间都可以获取准确的时间。
首先，我们来了解GPS和BDS卫星系统的基本原理。
GPS和BDS系统都是基于卫星导航的定位系统，通过一组运行在地球轨道上的卫星和地面上的接收设备和处理系统组成。
这些卫星向地球发送精确的时间信号和导航信息，接收设备通过测量信号的传播时间和角度，计算出自己的位置和时间。
在双模授时系统中，首先需要接收到来自GPS和BDS卫星的信号。
接收设备通常会安装在开阔的地面区域，以确保卫星信号的良好接收。
接收设备会同时接收来自GPS和BDS系统的信号，并对其进行解析和处理。
在信号接收后，双模授时系统会对接收到的GPS和BDS信号进行时间同步。
由于GPS和BDS系统都提供高精度的时间信号，通过对两个系统的时间进行对比和校准，可以得到更加准确可靠的时间结果。
双模授时系统会使用先进的时间同步算法，将两个系统的时间进行融合，得出更加精确的时间。
双模授时系统还可以通过对多个卫星信号进行同时接收和处理，进一步提高时间同步的精度和可靠性。
通过接收多颗卫星的信号，可以进行多路时间同步，从而提高时间的准确性和稳定性。
这种多路授时的技术被广泛应用于金融、电信、物流等领域，对于需要高精度时间同步的应用场景非常重要。
此外，双模授时系统还可以利用GPS和BDS系统提供的导航信息进行时间同步的改进。
由于卫星导航系统提供的导航信息和时间信号是同时传输的，接收设备可以通过利用导航信息中的高精度时间信号对时间进行更加精确的校准。
这种利用导航信息进行时间同步的方法可以进一步提高时间的准确性。
总结起来，双模授时的原理是基于接收GPS和BDS卫星系统的信号，并利用先进的时间同步算法将两个系统的时间进行对比和校准，从而得出准确可靠的时间结果。
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GPS/北斗光纤拉远授时系统有效解决TD-SCDMA基站选址难题
中国移动建设运营的第三代移动通信TD-SCDMA-SCDMA网络是严格要求同步的
TD-SCDMAD系统，目前基站的时间同步由单一GPS授时系统实现。
传统GPS授时系统，
由于拉远距离、工程施工和抗干扰能力等受限因素，限制了TD-SCDMA系统采用BBU+RRU 光纤拉远分布式基站的优势发挥，在TD-SCDMA站址选择日益困难的现状下，进一步加剧
基站选址的难度，已经成为TD-SCDMA站址选址的瓶颈。
在TD-SCDMA网络工程建设中，TD-SCDMA站址选择成为基站建设的重点问题，需主
要克服以下几点：首先，GPS天线与基站BBU侧的接收机通过射频馈线连接，射频馈线较
粗而且韧性差不易弯曲，其工程施工的难度限制了BBU与天面的拉远距离，极大地降低了BBU机房选址的灵活性；其次，射频馈线的信号衰减性限制了GPS射频信号的传输距离，拉远距离为百米之外就需要增加线路补偿放大器，加装放大器既增加了故障维护点又加大了施工难度，进一步加大新增站址的BBU机房选址灵活性；另外，GPS卫星系统属于美国军方，将使TD-SCDMA系统的正常运行受制于人，非常情况下，卫星系统一旦关闭或受干扰，TD-SCDMA系统将工作紊乱和瘫痪，整网安全存在很大隐患。
在TD-SCDMA网络建设过程中，GPS授时系统的替代解决方案一直是中国移动研究的
课题之一，大唐移动与中国移动持续加强创新合作，面对网络工程建设中的实际问题，推出了GPS/北斗双模一体化光纤拉远授时系统解决方案。
该方案采用GPS/北斗双模一体化设计，相比传统GPS授时系统在拉远距离、工程实施、抗干扰能力、美化天面外观、安装维护便
捷性等方面有明显的优势，可实现TD-SCDMA系统天线和GPS/北斗天线的共抱杆安装，给GPS/北斗天线布放及基站选址提供了极大的灵活性，有效解决了网络建设中的基站选址难题，满足运营商快速建网的需求。
GPS/北斗光纤拉远授时系统解决工程施工难题
针对传统GPS单一授时系统普遍存在的传输距离受限、施工困难、易受干扰及安全隐
患的问题，为适应更广泛的布站场景，本方案采用GPS/北斗双模一体化设计，并且采用光
纤拉远的方法有效解决工程施工中传输距离受限和施工困难的难题。
一体化GPS/北斗光纤
拉远授时系统方案，就是在天面部分将GPS/北斗天线与接收机进行一体化设计，接收机输
出的PPS与TOD信息通过光纤拉远的方法传输给基站机房内的BBU，BBU时钟恢复模块恢复PPS和TOD信息，并且传送到BBU需要同步的模块。
基站设计不再需要考虑接收机的类型（GPS/北斗）、型号、厂家、尺寸等一系列问题，只需要基站和拉远接收机有相同的标
准接口和时间传输机制（如图1所示）。
图1 GPS/北斗光纤拉远拉远授时示意图
另外，为了解决TD-SCDMA网络共址建设中的干扰问题，该系统还采用频域滤波和空域滤波的方案，频域滤波采用在天线低噪放内部加装高选择性滤波器抑制带外干扰，而空域滤波则采用螺旋天线为基本技术的天线，有效抑制带内干扰。
螺旋天线的特点是方向性好，增益高，频带宽，尤其是频带宽这点对GPS和北斗共用一组天线提供了条件，各种参数容易控制（如：波束宽度、增益、阻抗、轴比），器件的一致性好，便于生产调试等。
图2
为普通GPS天线与螺旋GPS天线的波瓣对比图，螺旋天线对带内干扰有很强的抑制作用。
图2 普通GPS天线和圈数为4的螺旋天线波瓣对比图
系统方案优势突出
工程实施便利，解决了传输距离受限问题
传统GPS授时系统传输距离非常有限，在工程勘察设计中往往由于需要考虑天线与基站之间的距离，给基站选址及GPS天线布放选址都提出了很大的限制条件，一体化GPS/北斗光纤拉远授时系统采用光电混合缆进行传输，最少可以传输1公里，如采用就近取电的方
式可使光纤拉远至10公里，这从根本上解决了传统GPS因传输距离受限影响基站选址的难题。
另外，GPS拉远光纤可与RRU拉远光纤同时铺设，给工程施工提供了极大的便利性，大大节约了施工时间和成本，尤其适合于高层建筑、地铁隧道以及大型场馆、机场等机房与GPS天线距离较远的覆盖场景。
抗干扰能力增强，增加了共址建设的可操作性
一体化GPS/北斗光纤拉远授时系统综合采用频域滤波和空域滤波的天线设计方案，可以极大地提高TD-SCDMA系统的授时精度以及抗干扰性能。
试验表明，在GPS工作频点1575.42MHz附近，一体化授时系统接收机比传统GPS授时系统的抗干扰能力最大能提高28dB以上，可实现与TD-SCDMA天线的共抱杆安装，大大增加共址建设的比例。
而我国自主研发的北斗卫星授时系统目前的工作频段为2492MHz，极易受到工作在2.4GHz频段的WIFI系统的干扰，经现网测试验证，一体化授时系统可有效抑制北斗系统接收机的带外及带内干扰，这给北斗授时系统替代GPS授时系统起到了极大的推动作用。
图3 使用一体化北斗授时系统的输出噪声频谱图
可以作为传统GPS授时系统的重要替代方案之一
传统GPS授时系统的替代方案一直以来都是中国移动TD-SCDMA系统改进的重点研究方向。
当前可以采用的GPS替代方案主要包括我国自主研发的北斗卫星系统授时方案以及1588V2有线网络同步组网方案。
两种GPS授时替代方案都可以解决目前TD-SCDMA授时系统存在的工程施工问题及基站选址问题，考虑到1588V2同步组网方案需要手动对时钟偏差进行非对称性补偿设置，这将大大增加后期的维护工作量，且现网未大规模实施验证，在商用进程上尚不确定。
而一体化GPS/北斗光纤拉远授时系统是目前可以有效解决
TD-SCDMA基站选址及工程施工问题的切实可行方案，该方案可加大北斗替代GPS系统的推进力度，也可作为1588V2同步组网方案的授时时钟源或授时备份系统，将在TD-SCDMA 建网中发挥着重要的作用。
稳定的大范围现网应用
大唐移动在业内首创推出了GPS/北斗光纤拉远授时系统解决方案，该系统解决方案自2009年提出以来，已在现网进行了充分的验证测试及试商用。
2009年，该系统在江苏南京进行了20个基站站点的规模组网验证测试及应用，完成了在现网第一个实现TD-SCDMA天
线与GPS/北斗天线共抱杆安装的测试与应用，以及现网第一个北斗授时基站的应用，所有基站至今运行稳定，性能良好。
2010年，大唐移动首次为江苏某市移动提供了2套商用产品的应用服务，并在中移动研究院的主导下，率先完成了商用产品的全部测试用例，有效解决了该移动公司基站选址难、尤其是室内分布系统勘察设计选址难的问题。
图5 现网共抱杆安装应用实例
结束语
在TD- SCDMA网络建设中，基站站址是否具备安装条件已经成为很突出的矛盾，如何有效解决基站选址难题，是运营商普遍关注的问题。
随着中国移动2010年TD-SCDMA网络扩容工程建设在全国的展开，大唐移动提出的一体化GPS/北斗光纤拉远授时系统产品解决方案将借助先进的设计理念、独特的技术优势、便捷的施工方式、良好的网络性能，解决中国移动基站选址的难题，从而实现TD-SCDMA网络快速建网的目标。