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Satelles公司公布铱星时间和位置体系实行结果:授时精度达纳秒级

时间:2018-07-02公布者:“天地一体化信息网络”微信群众号欣赏次数:1332次

  卫星时间和位置(STL)技术是Satelles公司研制、运用低轨卫星的一种PNT技术。2016年,Satelles公司对STL体系的遵从举行了演示验证,实行运用独立温控晶体振荡器(TCXO-based)吸取机,吸取铱星星座信号,实行结果表现,其授时精度达亚微秒级。

  2018年1月,Satelles公司在ION PTTI年度集会上公布STL体系最新测试结果,实行采取差分数据和精度更高的恒温晶体振荡器(OCXO),实行结果表现,其授时精度可达纳秒级。


卫星时间和位置体系研讨背景

  自1995年GPS末端运转以来,除军事范围需要提供全球无缝得救的办事外,办事范围还延伸至各大民用范围,比如通讯行业、金融办事、电力、动力、财富跟踪、位置办事(LBS)、授时和定位认证(timing and location based authentication)等。随着运用范围的不绝扩展,GNSS的作用愈来愈无法互换。

尽管GNSS有诸多益处,但依然存在不可抑制的缺陷,此中包括:

  第一,GNSS导航卫星轨道高度高,一样伟大在2~3万千米轨道高度上,导航信号颠末空间斲丧抵达空中时已很弱,无法穿透卫星和用户间的种种停滞物,尤其在一些格外环境中,比如室内和其他如都市峡谷等阴影掩藏相比告急的环境。


  第二、在天体活动中,高轨道招致了卫星自身的多少位置革新慢,这恰恰与及时快速定位的要求存在争辩。

  第三、GNSS信号易遭遭到滋扰和诱骗,并且这种配置因价钱昂贵极易获取。

而低轨卫星为料理以上标题提供了精良的契机。

  第一、低轨卫星轨道高度相比于传统导航卫星更低,导航信号在空间中的冷静转达斲丧会更低,空中吸取机的信号更强,可用于一些阴影掩藏环境的定位。

  第二、传统定位要领大致有伪距定位和载波相位定位两种,此中载波相位定位具有更高的定位精度,但解算整周模糊度具有一定的难度,而低轨卫星在轨运转速率更快,在类似观察时间内多少位置革新动大,更利于载波相位定位时整周模糊度的解算。


   第三、依托低轨卫星星座发射的信号抵达空中斲丧小,且信号采取公用格式和加密技术,不易遭到滋扰诱骗。

   卫星时间和位置(Satellite Time and Location, STL)技术是Satelles公司与波音公司和铱星卫星有限责任公司(Iridium Satellite LLC)合作开发的一种低轨卫星PNT技术。STL颠末铱星卫星星座发射的定位信号可以大约穿透包括深室在内的很多掩藏环境。2013年,Satelles与波音公司和铱星公司达成协议,由Satelles公司独家向用户提供铱星卫星体系贸易信号。依据协议要求,Satelles独家料理与STL技术有关的铱星卫星运营中心的全部接口。

   2016年,Satelles公司对外公布STL办事。


卫星时间和位置体系概述

   STL体系是颠末铱星发射STL公用信号为用户提供PNT办事。铱星星座由66颗低轨道卫星(LEO)构成,紧张为全球移动用户提供话音通讯办事。信号发射频段为L频段(1616~1626MHz),采取25,000标志率/秒的正交相移编码(QPSK)调制要领,信号帧长度90ms。由于铱星体系可以在90ms的单帧信号发射通用“文本电文”,Satelles公司依据铱星具有的这种技艺发射公用脉冲信号(“bursts”),为用户提供PNT办事。


  铱星发射的STL脉冲信号包括一组经心设计的数据,经铱星发射机产成一个扩频RF信号脉冲。STL公用脉冲信号有一个导频通道和一个数据通道,两个通道都举行庞大编码,在举行编码增益处置处分后纵然是单薄信号也可以穿透修筑物。STL吸取机可以颠末这种编码增益失失每个脉冲信号的准确时间(伪距)和频率丈量,相敷衍未受掩藏地域最多只需39dB的信号衰减。因此,STL体系可以用于室内和“都市峡谷”等掩藏地域,这一点恰恰可以大约补充GNSS性能缺陷。

卫星时间和位置体系遵从

STL体系具有以下技艺:

  全球可用性。铱星星座由66颗低轨卫星构成,是如今在轨运转的最大星座,可以大约得救包括极地在内的全球地域。

  信号功率大,具有穿透技艺和抗滋扰技艺。低轨卫星距离地球800多千米,STL信号抵达空中时的信号强度是GNSS信号的1000倍,且信号是经铱星高功率寻呼信道(paging channedl)单向发送,纵然是在修筑物的地下室内也能吸取到STL信号。且高功率STL信号可以抵御大功率滋扰机的滋扰。

  抗诱骗技艺,安全性高。STL体系采取公用加密信号,PNT数据包都颠末加密,只需付用度户才气解密运用,具有抗诱骗技艺。



   时间同步和授时技艺。STL颠末GPS溯源到UTC时间。STL体系颠末普及全球安全结实的铱星空中监测站(Teleports)获取GPS高精度UTC时间,从下行链配置向铱星星座提供高精度时间。STL相敷衍UTC授时精度为约200纳秒。如今,Satelles公司采取全球25个空中站的铷允从授时吸取机丈量GPS时间,并举行相比和相互校验。GPS出现拦阻时,STL会检测到GPS拦阻,在GPS克复正常运转前采取铷振荡器。

   位置认证技艺。铱星星座每颗卫星有48个点波束,可以提供位置认证办事。STL体系的定位精度30~50米。敷衍移植物体的位置定位需连合惯性导航系

同一同运用。

STL体系遵从如图1所示。


 STL体系遵从

卫星时间和位置体系最新实行结果

   2018年,Satelles公司依据差异的配置、办事和环境设置了3种实行场景,如表1所示。实行结果表现,采取差分数据和精度更高的恒温晶体振荡器(OCXO)后,STL体系的授时精度可达160纳秒。

表1  3种STL实行场景


  实行运用的用户配置包括斯坦福研讨体系公司(SRS)的PRS10铷蒸汽频率参考和Satelles评价套件(EVK2)STL吸取机,如图2所示。



图2  实行用户配置

    实行格外置铷钟STL体系和内置OCXO的差分STL体系两种环境举行。

    (1)外置铷钟STL体系(无差分校正数据)的实行参数配置及实行结果

    场景1和场景2未运用差分校正数据,其参数配置及实行结果如表2和表3所示。

表2  无差分校正数据的实行参数配置

表3  无差分校正数据的实行结果

   实行结果表现,场景1的授时精度优于场景2。

  (2)内置OCXO的差分STL实行参数配置及实行结果与场景1和场景2差异的是,场景3采取了内置OCXO和差分数据,其参数配置及实行结果如表4所示。

表4  运用差分校正数据的实行参数配置

 

为了便于相比,场景3对STL体系和差分STL体系区分举行了测试,实行延续时间10天,实行结果如表5所示。


表5  场景3实行结果

   

实行结果表现,在运用内置高精度OCXO时钟和差分数据的环境下,授时精度可达160纳秒。

   卫星时间和位置体系与GNSS的遵从相比

  STL体系是运用铱星高功率寻呼信道发射STL公用脉冲信号,使吸取机可以吸取到准确的时频观丈量,在GNSS拒止环境下,可以补充和增强GNSS体系遵从。STL体系与GNSS遵从相比见表6。

表6  STL体系与GNSS遵从相比

  从表6可以看出,STL体系定位和授时精度不及GNSS,但具有抗滋扰和诱骗技艺,且大功率信号不受掩藏停滞物影响,在遵从上可以与GNSS构成互补。但是,STL体系采取STL公用脉冲信号,如今还未对全部用户提供悍然模范。并且,STL体系仅向付用度户提供办事,这些都是STL体系亟待料理的标题。

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