編輯推薦

北鬥衛星導航係統是我國自主建設的導航、授時係統，目前已正式提供服務，其相關定時産品係列化産業已初步形成。該書結閤國內發展現狀，旨在推廣北鬥授時應用，擺脫我國一些關鍵領域時間應用過度依賴GPS的局麵，對於實現國傢用時標準的統一，提高用時安全具有實際意義。

內容簡介

本書以北鬥衛星導航係統為重點，較為詳細而全麵地介紹瞭衛星導航係統的授時技術及其應用情況。全書共5章，分彆介紹瞭授時技術的發展情況、衛星導航係統時間産生的基本原理與方法、北鬥授時原理與方法、GNSS授時接收機技術以及北鬥授時技術應用等內容。全書內容基本覆蓋瞭衛星導航係統授時技術所涉及的知識和成果，既介紹基本知識，也介紹瞭*新研究和應用成果。

作者簡介

吳海濤：男，1966年1月齣生，理學博士，研究員，博士生導師，國務院政府特殊津貼獲得者。長期從事高精度時間傳遞和衛星導航領域的研究與應用工作，提齣瞭羅蘭C自主授時的設想，在我國長波授時係統中得到應用，參加瞭我國衛星導航係統的建設。任中國科學院精密導航定位與定時技術重點實驗室主任，《衛星導航》主編，《時間頻率學報》編委，中國衛星導航學術年會組委會秘書長，中國計量測試學會高級會員，中國電子學會高級會員。齣版《衛星導航係統時間基礎》專著1部。

目錄

目 錄
第1章 緒論 1
1．1 現代授時技術的發展 2
1．1．1 授時技術概述 2
1．1．2 BPM短波授時 4
1．1．3 BPL長波授時 7
1．1．4 BPC低頻時碼授時 11
1．1．5 廣播電視授時 15
1．1．6 計算機網絡授時 18
1．1．7 電話授時 20
1．2 衛星導航係統及其授時 22
1．2．1 子午儀衛星導航係統 22
1．2．2 從GPS到GNSS 23
1．2．3 衛星導航係統的授時能力 24
1．3 北鬥衛星導航係統 25
參考文獻 27
第2章 GNSS時間係統 29
2．1 GNSS係統時間 30
2．2 GNSS時間係統的組成及其功能 30
2．2．1 GNSS時間係統的組成 30
2．2．2 GNSS時間係統的特點 32
2．2．3 GNSS時間係統的功能 33
2．2．4 原子鍾在衛星導航係統中的作用 34
2．3 GPS時間係統 35
2．3．1 GPS時間係統的構成 35
2．3．2 GPS係統時間的産生 36
2．3．3 GPS係統時間的溯源 38
2．4 北鬥衛星導航時間係統 39
2．4．1 BD時間係統的組成 39
2．4．2 BD係統時間的産生 40
2．4．3 BD係統時間的溯源 41
2．5 GNSS係統時間互操作 41
2．5．1 GNSS係統時間與UTC的關係 42
2．5．2 GNSS係統間的時間轉換 43
2．5．3 係統時差的確定及特性分析 44
參考文獻 47
第3章 GNSS授時原理與方法 49
3．1 GNSS授時原理 50
3．1．1 RNSS單嚮授時原理 50
3．1．2 北鬥RDSS單嚮授時原理 51
3．1．3 北鬥RDSS雙嚮授時原理 53
3．2 GNSS授時方法 55
3．2．1 RNSS單嚮授時方法 55
3．2．2 北鬥RDSS單嚮授時方法 59
3．2．3 北鬥RDSS雙嚮授時方法 60
3．3 GNSS授時主要誤差及修正 61
3．3．1 電離層時延 62
3．3．2 對流層時延 65
3．3．3 多路徑誤差 69
3．3．4 地球自轉改正 71
3．3．5 相對論效應 72
3．3．6 衛星鍾差 73
3．3．7 衛星星曆誤差 74
3．3．8 與接收機相關的誤差 76
3．4 GNSS授時精度 78
3．4．1 RNSS單嚮授時精度 78
3．4．2 北鬥RDSS單嚮授時精度 79
3．4．3 北鬥RDSS雙嚮授時精度 81
參考文獻 81
第4章 北鬥/GNSS接收機定時技術 85
4．1 北鬥/GNSS授時接收機基本框架 86
4．2 GNSS信號捕獲 87
4．2．1 搜索方式 88
4．2．2 信號捕獲算法 90
4．2．3 信號檢測 96
4．3 GNSS信號跟蹤 101
4．3．1 信號跟蹤原理 101
4．3．2 載波跟蹤環路 102
4．3．3 碼跟蹤環路 109
4．4 導航數據同步 112
4．4．1 導航數據位同步 112
4．4．2 NH譯碼 113
4．4．3 導航數據幀同步 114
4．4．4 BCH譯碼與解交織 115
4．5 僞距測量 117
4．5．1 衛星信號發射時刻 118
4．5．2 衛星信號接收時刻 120
4．6 定時接收機時間的産生 121
4．6．1 接收機鍾差計算 121
4．6．2 接收機鍾差模型的建立 124
4．6．3 1PPS信號的實時控製 125
4．7 定時接收機時延標定 130
4．7．1 時延的分類 130
4．7．2 常用的時延測量儀器和方法 131
4．7．3 定時接收機通道整體時延相對標定方法 136
4．7．4 定時接收機通道整體時延絕對標定方法 137
參考文獻 139
第5章 北鬥/GNSS授時技術的應用 141
5．1 北鬥/GNSS授時在通信中的應用 142
5．1．1 通信行業應用需求與技術要求 142
5．1．2 通信行業北鬥授時應用技術 143
5．1．3 相關標準 146
5．1．4 通信行業應用情況 151
5．2 北鬥/GNSS授時在電力係統中的授時應用 152
5．2．1 電力應用需求 153
5．2．2 電力時間同步網架構 162
5．2．3 基本式時間同步係統 163
5．2．4 北鬥/GNSS電力時鍾技術要求 165
5．2．5 時間同步信號、接口及其時間同步準確度 171
5．2．6 電網衛星定時與時間同步檢測 171
5．3 北鬥/GNSS授時在交通係統中的應用 172
5．3．1 GNSS授時技術在城市交通中的應用 173
5．3．2 北鬥/GNSS授時技術在鐵路交通中的應用 175
5．3．3 北鬥/GNSS授時技術在公路交通中的應用 179
5．4 銀行金融係統中的授時應用 182
5．5 地震監測係統中的授時應用 187
5．6 礦業係統中的授時應用 189
5．7 北鬥/GNSS授時在廣電係統中的應用 190
5．8 北鬥/GNSS授時與可信時間認證 192
5．9 北鬥/GNSS授時在科學研究中的應用 195
5．10 北鬥/GNSS授時在國防建設中的應用 197
5．10．1 靶場授時應用 198
5．10．2 人防係統應用 200
5．11 北鬥授時應用展望 201
參考文獻 202
縮略語 205

前言/序言

總　　序

“北鬥係統與應用齣版工程”叢書，能作為國傢齣版工程推進，是件很好的事情，我錶示熱烈的祝賀，欣然作序予以鼓勵支持。北鬥係統不僅是項充滿活力的新興技術，而且是國傢重要的時空信息基礎設施，同時由於它與其他技術和産業的多重關聯性和融閤性，故成為現代智能信息産業群體的重大技術支持係統和具有巨大帶動力的時代産業發展引擎，與國傢安全、國民經濟和社會民生密切相關，與兩個“中國夢”密切相關，能夠服務全中國和全世界。北鬥係統的建設和運營，給國傢和社會的興邦強國、行業和企業的建功立業、團隊和個人的著書立說與創新創業創造精神的大發揮、大發展，提供瞭百年難遇的良好機會。“北鬥係統與應用齣版工程”叢書，也承載著同樣的使命，它所包括的內容包括係統、技術和應用三個方麵，這種選擇非常符閤實際需要，很全麵，且顧及瞭眼前和長遠，而且應用方麵所占的分量相當大。我建議在應用的服務領域要多下點功夫，這是北鬥係統和時空信息服務體係的關鍵。在當今的條件下，推進這個齣版工程，具有明顯的現實意義和長遠價值。為此，我在這裏要強調三點：一是一定要把國內外GNSS領域的成功經驗和教訓，進行係統總結，作為良好的參考；二是應該將我們在係統建設中的實踐，上升為理論與模式，進一步推進我們的工作與事業；三是在上麵兩點的基礎上，我們要有所前進，有所創造，在理論、實踐、産業和體係化發展推進上有所突破，逐步走嚮世界的前列，真正把這一齣版工程，做成北鬥係統偉大工程的一個不可分割的組成部分，反過來對於係統工程發揮指導促進作用，發揮其GNSS裏程碑效應和效能。

2015年12月 　

前 言

時間是錶徵物質運動的基本物理量，是現代信息社會的基本要素，是目前所有物理量及物理常數中測量精度最高的物理量。時間包含時刻和時間間隔兩個方麵，用於記錄事件發生的時刻和持續的時間。時間頻率信號可以通過電磁波來傳播，標準時間頻率信號可作為實用信息（如導航、定位等）的傳遞載體，直接服務於用戶。國際上有統一的國際標準時間——協調世界時（UTC）和國際原子時（TAI）。一個國傢也必須有統一的標準時間，用以規範和製約各類社會活動，以保證國傢、社會運轉的有序性和安全性。授時就是將標準時間信號（信息）傳遞給用戶，是統一時間應用的基礎。

高精度授時技術及其應用，特彆是導航衛星係統的授時應用，隨著信息化時代的到來越來越重要。授時應用範圍已經滲透到從基礎研究領域（天文學、地球動力學、物理學等）到工程技術領域（信息傳遞、深空跟蹤、空間旅行、導航定位、武器實驗、地震監測、計量測試等），還關係到國計民生的國傢諸多重要部門和領域（交通運輸、電力輸配、金融證券、郵電通信等）的方方麵麵，幾乎無所不在，成為我國科技、經濟、軍事和社會進步的重要支撐。

根據作者多年的授時技術相關研究成果以及衛星導航係統授時應用的積纍，本書對衛星導航係統，主要是北鬥係統中的授時技術要素進行瞭詳盡分析，係統介紹瞭衛星導航係統中時間産生、傳播、接收以及應用的原理、方法和技術，論述瞭衛星導航係統中各部分的時間頻率特性和時間頻率技術。在編寫過程中，在介紹基礎知識的同時，也注重國際最新進展和最新應用成果。

全書共5章。

第1章簡要介紹瞭現代授時手段和技術發展簡史，然後介紹瞭衛星導航係統的發展曆程以及世界主要衛星導航係統的簡要情況，重點介紹瞭衛星導航係統的授時能力和北鬥衛星導航係統的基本情況。

第2章主要介紹瞭GNSS/北鬥係統時間以及GNSS/北鬥時間係統的組成與功能，詳細闡述瞭GPS與我國北鬥衛星導航係統時間産生的基本原理和方法，並對GNSS係統之間時間的兼容互操作作瞭簡要分析。

第3章詳細論述瞭GNSS/北鬥授時原理，重點介紹瞭GNSS單嚮授時、北鬥RDSS單嚮授時、北鬥RDSS雙嚮授時的原理；針對GNSS授時單星、多星的情況，給齣瞭詳細的鍾差計算模型；結閤我國北鬥衛星導航係統的特點，分析瞭北鬥RDSS單嚮授時、北鬥RDSS雙嚮授時的計算模型；最後，全麵分析瞭GNSS/北鬥定時的主要誤差，並給齣瞭相應的誤差改正方法。

第4章詳細介紹瞭GNSS/北鬥信號的捕獲與跟蹤原理及方法，介紹瞭導航數據的位同步、幀同步，並對接收機時間的産生及時延標定進行瞭論述。

第5章重點介紹瞭北鬥衛星導航係統授時在通信、電力、交通、金融、地震監測、礦業、廣電等行業的應用，以及在國防建設、科學研究、可信時間認證等領域的應用。

本書由吳海濤、李變、武建鋒、何在民、高玉平著，其中，吳海濤負責第5章，高玉平負責第1章，李變負責第2章，武建鋒負責第3章，何在民負責第4章。吳海濤對全書內容進行瞭統稿。

在本書編寫過程中，得到盧曉春研究員、李孝輝研究員、鬍永輝研究員的大力支持，陳洪卿、張鵬飛、王平利、呂宏春、陳菲、徐健等人參與瞭本書的編寫工作，郭偉副研究員為本書編寫提供瞭在廣電和可信時間戳方麵的應用技術資料，在此錶示感謝。同時感謝電子工業齣版社宋梅編審為本書編寫提供的大力支持。

由於作者水平有限，其中難免存在一些疏漏之處，懇請廣大讀者批評指正。

作 者

2016年1月

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