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GBT 29842-2013 卫星导航定位系统的时间系统PDF文本

ICS33.200M50中华人民共和国国家标准GB/T29842-2013卫星导航定位系统的时间系统Temporal systems for satellite navigation and positioning2013-11-12发布2014-05-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布筑Z.ZS0
GB/T298422013目次前言…1范围…2术语和定义…………3缩路语……………54时间系统……64.1卫星导航定位系统的时间系统4…64.2主要的国际通用时间尺度…………643卫星导航系统中的时间尺度……85不同时间源时间差的测量和换算…85.1时间源……0…85.2时间计数……95.3时间差…4…95.4时间差测量…96主要的时间尺度和不同的卫星异航系统时间之间的换算…96.1主要的时间尺度之间的换算小心。…96.2TAI、UTC与不同卫星导航系统的系统时间之间的换算…l07定时应用中的主要修正…1们7.基本修正…………………1172精细修正…1173对精度有特别要求的用户的事后修正……………11附录A(规范性附录)相对论框架下的时间计量…12附录B(规范性附录)各地时间实验室的守时系统……14附录C(资料性附录)GPS定时原理和误差分析……16附录D(资料性附录)GLONASS定时原理…19附录E(资料性附录)北斗卫星导航试验系统时间系统和定时方法…20附录F(资料性附录)高精度时间传递方法…22附录G(资料性附录)标准时间应用方法………27参考文献…291筑素村网ZS心.ET
GB/T29842-2013前言本标准依据GB/T1.1一2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中华人民共和国工业和信息化部提出。本标准由中国电子技术标准化研究所归。本标准起草单位：中国科学院国家授时中心。本标准主要起草人：王正明、吴海涛。J.NE理时Z.ZC.E1
GB/T29842-2013卫星导航定位系统的时间系统1范围本标准规定了与卫星导航定位应用有关的时间系统的术语和定义，标记方法，以及时间系统的立、系统时间换算方法和应用中的主要技术方法。本标准适用于利用卫星导航定位系统进行与时间相关的导航、定位、定时、时间同步等领域的科研、教学及应用」2术语和定义下列术语和定义适用于本文件2.1评价时间尺度或时间比对技术性能的表征量2.1.1准确度accuracy预紧费的挖老·2.1.2阿伦方差Allan varianceAVAR阿伦偏差Allan deviationADEV在时域上用来表征振荡器或时间尺度的短期和长期频率稳定度的规范方法，AVAR又称“双取样方差”，AVAR是ADEV的平方，[ITU-RTF.862议]2.1.3修正阿伦方差modified Allan varianceMVAR与阿伦方差基本相同，但是它能明显区分振荡器的相位调制白噪声和相位调制闪烁噪声。[ITU关于精密频率和时间系统应用选文手册，1997]。2.1.4相位phase对一个重复现象的周期的小数部分的测量值，该测量是相对于现象本身的某个可识别的特征而进行的。注：在标准时间和频率信号服务领城中主要考虑的是相位时间差，例如同一现象的两个可识别的相位或者两个不同现象的相位之间的时间差，2.1.5相位偏差phase deviation相对于一个参考时间信号的相位差。興尚理览Z.ZC.NE1
GB/T29842-20132.1.6相位跳变phase jump相位时间信号中突然的相位变化。2.1.7精度precision一系列单个测量值之间的相互符合程度，常用标准偏差来表示。2.1.8分辨力resolution某个给定的仪器所能测量和（或）显示的最小差异。2.1.9时间间隔误差time interval errorTIE测量到的一个被测时间信号与一个参考钟之间的相位时间差。习惯上把测量的总的时间段开始时的T1E定为零，TIE表示的是从测量开始以来的相位时间的变化。注：单位为纳秒(ns),2.1.10时间方差time varianceTVAR反映时间短周期波动幅度的统计特征，它是频率变化的函数，或者是TIE采样间隔的函数。注：单位为二次方纳秒(ns2)。2.1.11不确定度uncertainty表征一个量值相对其真值（或标称值）的离散程度。不确定度一般含两类分量：一类是测量常数随机分量（称A类不确定度），另一类是由系统效应产生的分量（称B类不确定度）：它们分别用偏差的评估值或测量值的标准偏差(1σ)表征，用一般方差合成方法合成。当量值通过与基准或可溯源装置的比对直接标定时，其不确定度用测量值的标准偏差（σ）的倍数表示，一般用（士1σ）表示。[ITU-RTF.538议]2.2钟、相位时间和时间尺度2.2.1钟组clock ensemble若干个钟的集合体，单个钟并不需要处于同一地点，这些钟通过某种协调方式运行，以便使由它们共同产生的时间尺度的性能（时间准确度和频率稳定度）最佳化。2.2.2钟的时间差clock time difference在同一瞬间两个钟的读数之差。注：为了避免符号的混淆，用惯常的数学量来表示两个钟的读数差。在一个参考时间尺度所给出的时刻T,令表示钟A的读数，b表示钟B的读数，这两个钟在瞬间T的时间差用A一B=一b表示。尽管并没有统一约定的符号的含义，然而，如果A一B是用电子技术测定的，A一B为正，表示A钟的滴答声比B钟的滴答声早到，如果A和B是从两个钟读出的日历日期，这种符号的表示也同样适用。另外，在某些情况下，相对论效应会起作用，应计及。2.2.3原时proper time由一个理想的钟所显示的地方时间。如果一个时间尺度是根据原时的概念实现的，它就称之为原運蜀素前网Z.Z
GB/T29842-2013时时间尺度2.2.4坐标时coordinate time在给定四维空间坐标框架中的第4个坐标参量：（时间），在某个引力势变化的空间范围有效。2.2.5地心坐标时geocentric coordinate timeTCG地心坐标时是在地球中心对原时的测量，它和地固时(TT)(见4.2.3)的差是TCG和TT所位于的两个地点的引力势不同而产生的一个不变的尺度因子。2.2.6格林尼治平时Greenwich mean timeGMT在格林尼治皇家天文台测量的平太阳时。注：GMT在1884年被用作为世界上第一个全球性的时间尺度。然而，尽管该术语为公众所用，GMT已经不被保留，为了时间的精确应用，替代它的是世界时(UT)和协调世界时(UTC)。2.2.7闰秒leap second跳秒1个整秒的国际时间阶跃，用于调整协调世界时(UTC)以便确保它和UT1近似一致。注：插人1s称为正跳秒：去掉人于则为负跳秒，根据国际协议，跳秒可以在任何一个月的月末引进，但是在需要时优先选择6月宋或2且术在应保梅UTC和U列的差异不大于0,9s时引进跳秒.上2.2.8儒略日Julian dateJD从公元前4713年1月1日世界时12h00min(儒略日数为零)起算连续计数到某一天的日数称为儒路日数，儒略日数加上从前一个正午(12h00UT)起算以来的日的小数部分为儒略日。2.2.9约化儒略日Modified Julian dateMJD儒路日减去2400000.5d为约化儒略日，其起点为1858年11月17日世界时0点(00：00UT)。[1TU-RTF.457议]2.2.10模1 s modulo1s对时间差去掉整秒以后的小数部分。2.2.11基准钟primary clock直接给出原子秒定义复现值，并对复现值的不确定度具有独立评估能力、准连续运行的装置。注：依照1967年以来采用的原子秒定义，一直使用实验室型绝原子钟构成基准钟。2.2.12秒second时间间隔的基本单位。国际单位制(SI)秒长定义为：铯133原子(Cs)基态的两个超精细能级之间跃迁辐射震荡9192631770周期所持续的时间。注：SI秒是S1的7个基本单位之一。现在采用的秒长是由1967年第13届国际计量大会定义的.運開Z.ZC.ET
GB/T29842-20132.2.13恒星时sidereal time以春分点的周日视运动定义的时间测量，它是以恒星作为参照而不是以太阳作为参照的地球自转测量。注：天文学中用两种恒星时：视恒最时和平恒星时，后者计及了地球的章动，因而给出了一种更加均匀的时间尺度。一个平恒星日等于一个平太阳日的23h56min4s,或者说366.2422个平恒星日等于365.2422个平太阳日.2.2.14时间同步time synchronization为了消除两个或多个时间源之间的时间差而对它们进行相对调整。2.2.15时间比对time comparison在某个给定历元上两个时间尺度之间的差异的确定。2.2.16秒脉冲1 pulse per second1 pps每秒一个脉冲。2.2.17时间尺度time-scale一个表明事件发生的明确顺序的系统，含时刻原点、时间间隔和可能引人的修正等。muR筑2.2.18时间阶跃time step在某个瞬间时间尺度中的不连续」2.2.19本初子午线primary meridian circle零子午线英国伦敦格林尼治天文台（旧址）埃里中星仪所在的子午线作为时间和经度计量的标准参考子午线。注：为了协调时间的计量和确定地理经度，1884年在华盛顿举行的国际子午线会议做出上述决定。1957年后，格林域治天文台迁移台址，国际上改用由若干天文测时结果长期稳定性较好的天文台组成的平均天文台作为参考，由这些天文台原来的经度采用值，利用天文测时资料反求各自的经度原点，再对这些经度原点进行统一处理，最后求得平均天文台经度原点。1968年国际上以国际习用原点作为地极原点，并把通过国际习用原点和平均天文台经度原点的子午线称为本初子午线。2.3频率标准与频率信号2.3.1频率漂移frequency drift由于内部元器件的老化以及影响频率变化的各种因素的规则变化，造成频率源在连续运行过程中其相对频率值随时间单调增加或减少的变化。2.3.2频率偏差frequency offset频率的实际值和参考频率值之间的差异。注：参考频率可以是也可以不是标称频率值。4蜀素前网Z.JZC.WET
GB/T29842-20132.3.3频率稳定度frequency stability一个信号在一个给定的时间间隔内，由于自身的和（或）环境的因素引起的频率变化的程度。注：一般频率的系统性变化（例如颜率漂移）和随机额率波动是有区别的，用特别的方差来表征这种被动。系统性的不稳定可能是由于电子辐射、气压、温度、湿度变化引起的。随机的不稳定一般在时域或者在频域上表征，一般与测量系统的带宽、采样时间或积分时间有关。2.3.4频（率）标（准）frequency standard频率源频率发生器，其输出用作为频率参考。注：颗标分成两大类：“基准频标”和“二级频标”。“基准颖标”的额率与所采用的秒定义（目前国际承认的秒定义见2.2.12)相对应，其标定的颜率准确度的获得是不经过校准的：“二级额标”的颜率应相对于基准颊标做校准。2.3.5标准领率standard frequency国际电联(ITU-R)规定的、供无线电授时所使用一组频率值（如：2.5MHz、5MHz、10MHz、15MHz等)。[ITU-RTF.862议]3缩略语下列缩s速适用时筑AT(TA)原子时(Atomic Time)BDT北斗时间(Beidou Time)BST北京标准时间(Beijing Standard Time)BIPM国际权度局(Bureau International des Poids et Mesures)CCTF时间频率咨询委员会(Consultative Committee for Time and Frequency)ClPM国际计量委员会(Comite International des Poids et Mesures,International Committer ofWeight and Measures)ET历书时(Ephemeris Time)GMT格林尼治平太阳时(Greenwich Mean Time)IERS国际地球自转与参考系统服务组织(International Earth Rotation and Reference SystemService)ITU,际电信联盟(International Telecommunication Union)IAU国际天文学联合会(International Astronomical Union)ITU-R国际电信联盟无线电通信局(International Telecommunications Union-Radiocommunica-tions)NTSC中国科学院国家授时中心(National Time Service Center,the Chinese Academy of Sci-ences)OP巴黎天文台(Paris Observatory,France)PTB德国技术物理研究所(Physikalisch-Technische Bundesanatalt,Germany)SI国际单位制系统(International System of unit)TAI国际原子时(International Atomic Time)TT地固时(Terrestrial Time)運開Z.ZC.ET
GB/T29842-2013TWSTFT卫星双向时间频率传递(Two Way Satellite Time and Frequency Transfer)UT世界时(Universal Time)UTC协调世界时(Coordinated Universal Time)USNO美国海军天文台(the United States Naval Observatory)4时间系统4.1卫星导航定位系统的时间系统卫星导航定位系统以高精度的统一时间和时间测量为基础，设有高精度原子钟组，在原子钟组内部通过高精度时间比对获得原子钟的时间比对结果，采用最佳时间尺度算法，并溯源到某个标准时间尺度，计算出一个较为稳定而又准确的时间尺度，作为该导航定位系统控制整个卫星和地面系统运作的标准时间。原子钟组应包括卫星导航定位系统的地面控制中心和监控站的原子钟，也可包含卫星上的星载钟。4.2主要的国际通用时间尺度4.2.1世界时(UT)世界时是基于地球的自转运动并以太阳作为参照点来确定的时间尺度，非常近似地符合在本初子午线上观测太阳周日平均运动的一种时间测量。世界时的单位是平太阳秒，它定义为一个平太阳日的1/86400,1960年以前曾用它定义SI秒。UT通过观测恒星的周日视运动确定。直接根据这种观测而确定的时间尺度称为T0,T0是在地球表面上个给定点处直接观测得到的世界时。当UT0加了由于地极移动引起的观测地点经度的改正后，得到时间尺度UT1。根据经验公式对UT1加地球自转速率的周年和半年变化改正，得到更进一步优化的时间尺度UT2。4.2.2历书时(ET)以地球绕太阳的公转轨道运动为基础而导出的天文时间尺度，在1960年至1967年期间，用于定义SI秒。它的起算点接近世界时1900.0，在此时刻太阳几何平黄经等于279°41'48"04，是世界时1900年1月0日12h。它在天文应用中一直沿用到1977年，被地球力学时(TDT)替代。TDT在1991年又被地固时(TT)替代。4.2.3地固时(TT)TT是在地球质心坐标系中定义的坐标时，其尺度单位(TT秒)与旋转大地水准面上的SI秒一致。1977年1AU用地球力学时(TDT)替代了历书时(ET),1991年TDT又被重新命名为地固时(TT),2000年IAU重新定义了TT,使得它的尺度单位与地心坐标时(TCG)有一个固定的关系。这个新的定义确保了TT的连续性，其两种定义在10-”量级上是等效的。TT和TA相差32.184s。4.2.4国际原子时(TAI)由BIPM以分布于全世界的大量运转中的原子钟的数据为基础而立和保持的一种时间尺度。它的初始历元设定在1958年1月1日，在这个时刻TAI与UT1之差近似为零。TAI的速率（尺度单位）定义为，在地球质心参考框架下旋转大地水准面上实现的SI秒，即绝原子133基态的两个超精细能级间跃迁辐射9192631770个周期所持续的时间。TAI是由全球60多个时间实验室合作产生的纸面时间（计算后以文件形式发表）。每个月月初参理筑素村网ZC.ET
GB/T29842-2013加合作的各时间实验室向BIPM发送上个月的UTC(k)一GPS time[或由TWSTFT得到的UTC(G)一UTC(k)门和UTC(k)一Clock(k,i)的数据(k为实验室代码，i为实验室k的原子钟的序号，i=1,2,,n)。BPM按照式(1)归算，获得UTC(PTB)与各时间实验室UTC(k)之间的时间差，进而得到UTC(PTB)-Clock (i),UTC (PTB)-Clock (,i)=[UTC(PTB)-TGPS]-[UTC()-TGPS]+[UTC()-Clock(,i)]…(1)式中：TGPS=GPS time.BIPM按照确定的原子时算法(ALGOS)对UTC(PTB)一Clock(k,i)进行加权平均处理，得到UTC(PTB)一EAL。EAL是全球参加TAI合作的300台左右原子钟加权平均得到的自由原子时.BIPM再通过时间传递手段得到几个时间实验室的基准频标的颜率[进行广义相对论（见附录A)和黑体辐射改正后]的加权平均，用于与EAL的频率进行比对，用分析函数来对EAL的频率进行驾驭而得到TAI.BIPM在每月计算TAI的同时得到参加TAI合作的每一台钟相对于TAI的速率差，以钟速率公报的形式(rXX.XX,前一个XX表示年份，后一个XX表示月份)在BIPM网站上发表。4.2.5协调世界时(UTC)UTC是由BIPM和IERS保持的时间尺度，是世界各国时间服务的基础。UTC在1972年正式定义，它代表了TAI和UT1的结合，UTC具有与TAI完全相同的计量性质，是原子时，它的速率与TAI速率完全一致，但在时刻上与TA相差若于整秒。UTC尺度是通过闰秒来调整的，以确保它和世界时UT1近似相同，差异不大于09。，它形成了标准时间信号和标准频率的协调发播基础。闰秒发生的日期由IERS决定和通知，BIPM在计算得到TAI时，根据IERS提供的UTI与UTC之差确定闰秒时刻[ITU-RTF.535-2议]4.2.6地方时4.2.6.1地方平太阳时和地方恒星时以格林尼治的本初子午线为基准测量的平太阳时和恒星时称作为格林尼治平太阳时（世界时）和格林尼治恒星时。以各个地方子午线为基准测量的时间称为地方平太阳时和地方恒星时，它们与格林尼治平太阳时和格林尼治恒星时之差是地方子午线与本初子午线的经度差（单位为小时）.区时也是一种地方时，它是以时区的中央子午线与本初子午线的经度差（单位为小时）来表示的时间。例如北京时间是东经120°（第8时区）的区时，与经度为0h的时间相差8h.4.2.6.2UTC的地方代表UTC(k)和地方原子时TA(k)作为时间服务的各地时间实验室自行产生和保持一个UTC在本实验室的物理实现，为用户提供接近于UTC的标准时间信号，这个标准时间尺度就是UTC(k)。UTC(k)是以高精度原子钟作为频率源，经过人为的频率驾驭而得到的，UTC(k)与UTC有一定的差异，不同实验室保持的UTC(k)也不相同。有无线电时间服务的实验室保持的UTC(k)应做到：IUTC-UTC(k)|≤100ns.UTC的地方代表UTC()由各地的时间实验室中的一套硬件和软件系统产生，该系统通常称为“守时系统”或“时间基准系统”。常用的“守时系统”分成5个子系统（见附录B)。TA()是用实验室k的原子钟的比对数据按预定的原子时算法计算得到的地方原子时。原则上，7筑素村网Z.ZC
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