北斗授时技术及其应用 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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北斗卫星导航系统是我国自主建设的导航、授时系统，目前已正式提供服务，其相关定时产品系列化产业已初步形成。该书结合国内发展现状，旨在推广北斗授时应用，摆脱我国一些关键领域时间应用过度依赖GPS的局面，对于实现国家用时标准的统一，提高用时安全具有实际意义。

内容简介

本书以北斗卫星导航系统为重点，较为详细而全面地介绍了卫星导航系统的授时技术及其应用情况。全书共5章，分别介绍了授时技术的发展情况、卫星导航系统时间产生的基本原理与方法、北斗授时原理与方法、GNSS授时接收机技术以及北斗授时技术应用等内容。全书内容基本覆盖了卫星导航系统授时技术所涉及的知识和成果，既介绍基本知识，也介绍了*新研究和应用成果。

作者简介

吴海涛：男，1966年1月出生，理学博士，研究员，博士生导师，国务院政府特殊津贴获得者。长期从事高精度时间传递和卫星导航领域的研究与应用工作，提出了罗兰C自主授时的设想，在我国长波授时系统中得到应用，参加了我国卫星导航系统的建设。任中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室主任，《卫星导航》主编，《时间频率学报》编委，中国卫星导航学术年会组委会秘书长，中国计量测试学会高级会员，中国电子学会高级会员。出版《卫星导航系统时间基础》专著1部。

目录

目 录
第1章 绪论 1
1．1 现代授时技术的发展 2
1．1．1 授时技术概述 2
1．1．2 BPM短波授时 4
1．1．3 BPL长波授时 7
1．1．4 BPC低频时码授时 11
1．1．5 广播电视授时 15
1．1．6 计算机网络授时 18
1．1．7 电话授时 20
1．2 卫星导航系统及其授时 22
1．2．1 子午仪卫星导航系统 22
1．2．2 从GPS到GNSS 23
1．2．3 卫星导航系统的授时能力 24
1．3 北斗卫星导航系统 25
参考文献 27
第2章 GNSS时间系统 29
2．1 GNSS系统时间 30
2．2 GNSS时间系统的组成及其功能 30
2．2．1 GNSS时间系统的组成 30
2．2．2 GNSS时间系统的特点 32
2．2．3 GNSS时间系统的功能 33
2．2．4 原子钟在卫星导航系统中的作用 34
2．3 GPS时间系统 35
2．3．1 GPS时间系统的构成 35
2．3．2 GPS系统时间的产生 36
2．3．3 GPS系统时间的溯源 38
2．4 北斗卫星导航时间系统 39
2．4．1 BD时间系统的组成 39
2．4．2 BD系统时间的产生 40
2．4．3 BD系统时间的溯源 41
2．5 GNSS系统时间互操作 41
2．5．1 GNSS系统时间与UTC的关系 42
2．5．2 GNSS系统间的时间转换 43
2．5．3 系统时差的确定及特性分析 44
参考文献 47
第3章 GNSS授时原理与方法 49
3．1 GNSS授时原理 50
3．1．1 RNSS单向授时原理 50
3．1．2 北斗RDSS单向授时原理 51
3．1．3 北斗RDSS双向授时原理 53
3．2 GNSS授时方法 55
3．2．1 RNSS单向授时方法 55
3．2．2 北斗RDSS单向授时方法 59
3．2．3 北斗RDSS双向授时方法 60
3．3 GNSS授时主要误差及修正 61
3．3．1 电离层时延 62
3．3．2 对流层时延 65
3．3．3 多路径误差 69
3．3．4 地球自转改正 71
3．3．5 相对论效应 72
3．3．6 卫星钟差 73
3．3．7 卫星星历误差 74
3．3．8 与接收机相关的误差 76
3．4 GNSS授时精度 78
3．4．1 RNSS单向授时精度 78
3．4．2 北斗RDSS单向授时精度 79
3．4．3 北斗RDSS双向授时精度 81
参考文献 81
第4章 北斗/GNSS接收机定时技术 85
4．1 北斗/GNSS授时接收机基本框架 86
4．2 GNSS信号捕获 87
4．2．1 搜索方式 88
4．2．2 信号捕获算法 90
4．2．3 信号检测 96
4．3 GNSS信号跟踪 101
4．3．1 信号跟踪原理 101
4．3．2 载波跟踪环路 102
4．3．3 码跟踪环路 109
4．4 导航数据同步 112
4．4．1 导航数据位同步 112
4．4．2 NH译码 113
4．4．3 导航数据帧同步 114
4．4．4 BCH译码与解交织 115
4．5 伪距测量 117
4．5．1 卫星信号发射时刻 118
4．5．2 卫星信号接收时刻 120
4．6 定时接收机时间的产生 121
4．6．1 接收机钟差计算 121
4．6．2 接收机钟差模型的建立 124
4．6．3 1PPS信号的实时控制 125
4．7 定时接收机时延标定 130
4．7．1 时延的分类 130
4．7．2 常用的时延测量仪器和方法 131
4．7．3 定时接收机通道整体时延相对标定方法 136
4．7．4 定时接收机通道整体时延绝对标定方法 137
参考文献 139
第5章 北斗/GNSS授时技术的应用 141
5．1 北斗/GNSS授时在通信中的应用 142
5．1．1 通信行业应用需求与技术要求 142
5．1．2 通信行业北斗授时应用技术 143
5．1．3 相关标准 146
5．1．4 通信行业应用情况 151
5．2 北斗/GNSS授时在电力系统中的授时应用 152
5．2．1 电力应用需求 153
5．2．2 电力时间同步网架构 162
5．2．3 基本式时间同步系统 163
5．2．4 北斗/GNSS电力时钟技术要求 165
5．2．5 时间同步信号、接口及其时间同步准确度 171
5．2．6 电网卫星定时与时间同步检测 171
5．3 北斗/GNSS授时在交通系统中的应用 172
5．3．1 GNSS授时技术在城市交通中的应用 173
5．3．2 北斗/GNSS授时技术在铁路交通中的应用 175
5．3．3 北斗/GNSS授时技术在公路交通中的应用 179
5．4 银行金融系统中的授时应用 182
5．5 地震监测系统中的授时应用 187
5．6 矿业系统中的授时应用 189
5．7 北斗/GNSS授时在广电系统中的应用 190
5．8 北斗/GNSS授时与可信时间认证 192
5．9 北斗/GNSS授时在科学研究中的应用 195
5．10 北斗/GNSS授时在国防建设中的应用 197
5．10．1 靶场授时应用 198
5．10．2 人防系统应用 200
5．11 北斗授时应用展望 201
参考文献 202
缩略语 205

前言/序言

总　　序

“北斗系统与应用出版工程”丛书，能作为国家出版工程推进，是件很好的事情，我表示热烈的祝贺，欣然作序予以鼓励支持。北斗系统不仅是项充满活力的新兴技术，而且是国家重要的时空信息基础设施，同时由于它与其他技术和产业的多重关联性和融合性，故成为现代智能信息产业群体的重大技术支持系统和具有巨大带动力的时代产业发展引擎，与国家安全、国民经济和社会民生密切相关，与两个“中国梦”密切相关，能够服务全中国和全世界。北斗系统的建设和运营，给国家和社会的兴邦强国、行业和企业的建功立业、团队和个人的著书立说与创新创业创造精神的大发挥、大发展，提供了百年难遇的良好机会。“北斗系统与应用出版工程”丛书，也承载着同样的使命，它所包括的内容包括系统、技术和应用三个方面，这种选择非常符合实际需要，很全面，且顾及了眼前和长远，而且应用方面所占的分量相当大。我建议在应用的服务领域要多下点功夫，这是北斗系统和时空信息服务体系的关键。在当今的条件下，推进这个出版工程，具有明显的现实意义和长远价值。为此，我在这里要强调三点：一是一定要把国内外GNSS领域的成功经验和教训，进行系统总结，作为良好的参考；二是应该将我们在系统建设中的实践，上升为理论与模式，进一步推进我们的工作与事业；三是在上面两点的基础上，我们要有所前进，有所创造，在理论、实践、产业和体系化发展推进上有所突破，逐步走向世界的前列，真正把这一出版工程，做成北斗系统伟大工程的一个不可分割的组成部分，反过来对于系统工程发挥指导促进作用，发挥其GNSS里程碑效应和效能。

2015年12月 　

前 言

时间是表征物质运动的基本物理量，是现代信息社会的基本要素，是目前所有物理量及物理常数中测量精度最高的物理量。时间包含时刻和时间间隔两个方面，用于记录事件发生的时刻和持续的时间。时间频率信号可以通过电磁波来传播，标准时间频率信号可作为实用信息（如导航、定位等）的传递载体，直接服务于用户。国际上有统一的国际标准时间——协调世界时（UTC）和国际原子时（TAI）。一个国家也必须有统一的标准时间，用以规范和制约各类社会活动，以保证国家、社会运转的有序性和安全性。授时就是将标准时间信号（信息）传递给用户，是统一时间应用的基础。

高精度授时技术及其应用，特别是导航卫星系统的授时应用，随着信息化时代的到来越来越重要。授时应用范围已经渗透到从基础研究领域（天文学、地球动力学、物理学等）到工程技术领域（信息传递、深空跟踪、空间旅行、导航定位、武器实验、地震监测、计量测试等），还关系到国计民生的国家诸多重要部门和领域（交通运输、电力输配、金融证券、邮电通信等）的方方面面，几乎无所不在，成为我国科技、经济、军事和社会进步的重要支撑。

根据作者多年的授时技术相关研究成果以及卫星导航系统授时应用的积累，本书对卫星导航系统，主要是北斗系统中的授时技术要素进行了详尽分析，系统介绍了卫星导航系统中时间产生、传播、接收以及应用的原理、方法和技术，论述了卫星导航系统中各部分的时间频率特性和时间频率技术。在编写过程中，在介绍基础知识的同时，也注重国际最新进展和最新应用成果。

全书共5章。

第1章简要介绍了现代授时手段和技术发展简史，然后介绍了卫星导航系统的发展历程以及世界主要卫星导航系统的简要情况，重点介绍了卫星导航系统的授时能力和北斗卫星导航系统的基本情况。

第2章主要介绍了GNSS/北斗系统时间以及GNSS/北斗时间系统的组成与功能，详细阐述了GPS与我国北斗卫星导航系统时间产生的基本原理和方法，并对GNSS系统之间时间的兼容互操作作了简要分析。

第3章详细论述了GNSS/北斗授时原理，重点介绍了GNSS单向授时、北斗RDSS单向授时、北斗RDSS双向授时的原理；针对GNSS授时单星、多星的情况，给出了详细的钟差计算模型；结合我国北斗卫星导航系统的特点，分析了北斗RDSS单向授时、北斗RDSS双向授时的计算模型；最后，全面分析了GNSS/北斗定时的主要误差，并给出了相应的误差改正方法。

第4章详细介绍了GNSS/北斗信号的捕获与跟踪原理及方法，介绍了导航数据的位同步、帧同步，并对接收机时间的产生及时延标定进行了论述。

第5章重点介绍了北斗卫星导航系统授时在通信、电力、交通、金融、地震监测、矿业、广电等行业的应用，以及在国防建设、科学研究、可信时间认证等领域的应用。

本书由吴海涛、李变、武建锋、何在民、高玉平著，其中，吴海涛负责第5章，高玉平负责第1章，李变负责第2章，武建锋负责第3章，何在民负责第4章。吴海涛对全书内容进行了统稿。

在本书编写过程中，得到卢晓春研究员、李孝辉研究员、胡永辉研究员的大力支持，陈洪卿、张鹏飞、王平利、吕宏春、陈菲、徐健等人参与了本书的编写工作，郭伟副研究员为本书编写提供了在广电和可信时间戳方面的应用技术资料，在此表示感谢。同时感谢电子工业出版社宋梅编审为本书编写提供的大力支持。

由于作者水平有限，其中难免存在一些疏漏之处，恳请广大读者批评指正。

作 者

2016年1月

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