共视法和综合法的GPS时间同步精度比较

中国科学院上海天文台年刊共视法和综合法的时间同步精度比较胡锦伦（中国科学院上海天文台，上海200030）提要对共视法和综合法的GPS时间比对得到的两地协调世界时的时间同步精度进行了比较。两种方法各有特点，都有实用价值。严格共视的GPS时间同步精度为5～10ns，不严格共视的GPS时间同步精度为10～20ns，综合的GPS时间同步精度为6～12ns.

主题词：全球定位系统（GPS）―时间比对―时间同步1引言严格共视的GPS时间比对，接收条件和数据输出格式完全符合要求，可以消除SA（SelectiveAvalability）效应对两地协调世界时的时间同步影响。单颗卫星数据难于长期保持同步精度的良好结果（有时处于不健康状态）。

不严格共视的GPS时间比对，接收条件和数据输出格式有时不完全符合要求，可以基本消除SA效应对两地协调世界时的时间同步影响。多颗卫星平均能长期保持同步精度的较好结果。

综合的GPS时间比对，是采用合适的数据处理方法，对每天多颗卫星接收数据归化得到每天UTC0h的综合GPS时间。它不要求严格共视，也可基本消除SA效应对两地协调世界时的时间同步影响，能长期保持同步精度的较好结果。

2方法比较简述1.共视法（1）严格共视的GPS时间比对接收条件和数据输出格式要完全符合国际GPS共视时间比对的要求：①按国际计量局（BIPM）时间部公布的国际GPS跟踪计划表（分10个区，每半年调整公布一次）接收分类号相同的卫星信号②有精确的本地实测电离层时延校准和精密星历修正③一组接收数据的初始时刻和终止时刻相同，跟踪长度够13分钟（780秒）④该组接收数据线性拟合给出跟踪长度中点时刻（正好390秒）的本地协调世界时与该卫星GPS时间的时间差。长期归算时无异常数据。

（2）不严格共视的GPS时间比对接收条件和数据输出格式基本符合国际GPS共视时间比对的要求：①按国际GPS跟踪计划表接收分类号相同的卫星信号②有粗略的本地实测电离层时延校准和星历修正③一组接收数据的初始时刻和终止时刻接近，跟踪长度接近13分钟④该组接收数据线性拟合给出跟踪长度中点时刻附近（390秒前后）的本地协调世界时与该卫星GPS时间的时间差。长期归算时有部分异常数据，可以允许每月约有3～5天数据，个别达10天数据。

产生不严格共视的GPS时间比对的原因有内因和外因：①接收机的接收计划表时间有跳变现象，特别是相邻两天过UTC0h时（卫星运行周期以恒星时计算，同一颗卫星的接收计划表每天要提前4分钟，相邻两天过0h时，有的接收时间为23h54min，有的接收时间为23h58min）②两地共视接收时的环境条件和天气条件影响不同，特别是有的室外天线受雷雨天气影响使信号的信噪比降低而导致数据不足③其它干扰影响。

在归算过程中可采用设置判据剔除奇异点数据（野值）的方法，在归算（例如一个月一次，数据取样时间为一天）时，以线性拟合的时间起伏标准偏差的3倍（3σ）作为剔除奇异点数据的判据。实际计算表明，不完全严格的共视时间同步精度为10～20ns，可用50ns作为判据，线性拟合的时间起伏数据超过50ns时作奇异点数据剔除，重新归算。为了同时计算时间同步数据的频率稳定度，对剔除的奇异点数据采用内插法补齐后归算。

2.综合法综合的GPS时间比对，是采用合适的数据处理方法，对每天多颗卫星接收数据归化得到每天UTC0h的综合GPS时间。由它确定两地协调世界时的时间同步精度，不要求严格共视。

国际上任何两地的协调世界时都可方便地采用综合GPS时间数据进行时间同步比较，其结果与每天各地接收卫星次数有关（每天接收卫星次数为20～25时，可提高精度约5倍），长期可靠性更有保证。

（1）BIPM方法：平滑插值变换，由法国巴黎天文台（OP）每天接收的单星GPS时间比（2）USNO方法：两天平滑滤波，由美国海军天文台（USNO）每天接收的单星GPS时间比（3）SO方法：三次样条函数插值平滑，由中国上海天文台（SO）每天接收的单星GPS时在下面的结果比较综述中，日本通信研究所（CRL）和中国陕西天文台（CSAO）的综合GPS时间，由CRL和CSAO每天接收单星GPS时间比对数据用SO方法归化得到UTC0h的综合由其它时间中心和时间实验室得到的综合GPS时间称为本地复原GPS时间（LocalRestitu3结果比较综述确定的两地UTC时间同步精度比较。根据交换数据的计算分析，表明这三个实验室之间有部分卫星的接收数据是不完全严格共视或不共视，因此，两种方法相结合来比较，是实用有效的。

时间实验室年月卫星接收状态共视数据处理方法归算星数时间同步精度频率稳定度噪声偏函数按月计算结果有是1.单星归算后多星平均无是有是3.多星平均后归算多数有部分是4.多星综合后归算按月计算结果有是1.单星归算后多星平均无是有是3.多星平均后归算多数有部分是4.多星综合后归算按月计算结果有是1.单星归算后多星平均无是有是3.多星平均后归算多数有部分是4.多星综合后归算注：归算星数中，22/19等表示CRL和CSAO分别用22颗和18颗卫星归算综合GPS时间，其它类同。

TAI时间公报确定的两地UTC时间差与由综合GPS时间确定的两地UTC时间差之差来统计类别两地UTC比较系统差平均值精度系统差平均值精度系统差平均值精度中国科学院上海天文台年刊2000年比较[1，2，3，4，5，6，7]，即扣除了各地UTC长期频率系统变化的影响。例如：TAI时间公报每月归算[UTCUTC（K）]时采用各地的GPS共视时间比对数据，但每月各地被采用的星数可能不一样，其结果有差异。表2的结果也是共视法和综合法的一种比较。

TAI时间公报5天1个数据点，1997～1998年各有73个数据点，1999年只用了6个月数据，只有37个数据点，其统计误差比全年数据的统计误差大一些。

4结束语在确定两地协调世界时的时间同步水平时，共视法和综合法GPS时间比对两者相结合使用，效果更好。

4陕西天文台。时间频率公报，1999（1～6）5上海天文台。原子时公报，1997～1999.6