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本书追根溯源介绍不同卫星导航系统的系统时间及其时间（计测)系统，通过它们与协调世界时UTC/国际原子时TAI相互关系与换算，为授时终端处理不同导航系统互操作打基础；从实际使用的角度出发，梳理授时终端应用的功能、性能技术参数和相关技术要求；从原理上阐明其将对授时信号（信息）三要素——时标脉冲有无、脉冲前沿宽度（抖动）和时间信息（TOD时刻/日期时间码）误码率的影响。本书介绍用于检验/检测终端的方法、测试仪器设备及其使用方法，并对测试结果置信度用评估软件进行评估。这是授时用户急需解决的问题。

目    录
第1章　概论	1
1.1  时间与时频传递	2
1.2  卫星导航系统	4
1.3  从GPS到北斗授时	6
1.3.1  GPS卫星广播方式授时	6
1.3.2  GPS共视时间比对	7
1.3.3  GPS载波相位时间比对	8
1.3.4  北斗RDSS单向授时	10
1.3.5  北斗RDSS双向授时	11
1.3.6  北斗共视时间比对	12
第2章　GNSS系统时间及其时间系统	19
2.1  天文时	20
2.1.1  恒星时	20
2.1.2  平太阳时	20
2.1.3  地方时/区时与时区	20
2.1.4  世界时	21
2.1.5  历书时	21
2.2  原子时	22
2.2.1  国际原子时	22
2.2.2  地方（实验室）原子时	23
2.2.3  国际原子时与地球时	23
2.3  协调世界时	24
2.3.1  UTC的国际规定及其物理实现	25
2.3.2  闰秒	26
2.3.3  DUT1	27
2.4  GPS系统时间及其时间系统	27
2.5  GLONASS系统时间及其时间系统	28
2.6  北斗系统时间及其时间系统	28
2.7  Galileo系统时间及其时间系统	30

第3章　北斗授时终端（上）	31
3.1  北斗授时终端技术及其发展	32
3.2  北斗授时终端构成与分类	33
3.2.1  北斗RDSS授时终端构成及分类	33
3.2.2  北斗RNSS授时终端构成及分类	36
3.3  北斗授时终端技术要求	39
3.3.1  北斗RDSS授时终端技术要求	39
3.3.2  北斗RNSS授时终端及其要求	43
3.4  北斗与其他系统组合授时终端技术	46
3.4.1  北斗与GPS组合授时终端技术	46
3.4.2  北斗与长河组合导航授时技术	48
第4章　北斗授时终端（下）	53
4.1  终端守时及其频率源	54
4.1.1  北斗授时终端频率源	54
4.1.2  守时与频率源	56
4.1.3  驯钟与终端守时	59
4.2  终端授时及其输出	60
4.2.1  1PPS信号输出	60
4.2.2  B码授时输出	60
4.2.3  NTP授时与同步	63
4.2.4  PTP授时与同步	65
4.3  系统终端组网授时	67
4.3.1  北斗授时在数字通信网中的应用	67
4.3.2  北斗授时在跳频通信中的应用	69
4.3.3  北斗授时在电力系统中的应用	71
第5章　北斗授时终端测试（上）	73
5.1  测试原理与方法	74
5.1.1  时频测量基础	74
5.1.2  模拟信号源法	74
5.1.3  参考终端比测法	76
5.2  北斗授时终端测试系统	78
5.2.1  测试系统组成	79
5.2.2  测试系统技术要求	79
5.2.3  测试系统接口	83
5.3  北斗/GNSS信号模拟器	83
5.3.1  北斗/GNSS信号模拟器发展概况	83
5.3.2  北斗/GNSS信号模拟器组成原理	86
5.3.3  北斗/GNSS信号模拟器主要特性及功能	98
5.4  通用时频测试设备	101
第6章　北斗授时终端测试（下）	103
6.1  测试设备及环境	104
6.1.1  测试设备	104
6.1.2  测试环境	105
6.2  终端功能测试	105
6.2.1  基础检查	105
6.2.2  授时功能测试	106
6.2.3  参数设置/信息显示告警功能测试	107
6.2.4  数据和信息保存功能测试	107
6.3  终端性能测试	108
6.3.1  授时精度（准确度）测试	108
6.3.2  北斗授时终端输出频率稳定度和准确度测试	112
6.3.3  守时偏差测试	114
6.3.4  捕获和跟踪灵敏度测试	115
6.3.5  首次定位时间测试	119
6.3.6  重捕时间测试	121
6.3.7  定位精度测试	122
6.3.8  1PPS信号	124
6.4  环境适应性测试	125
6.4.1  测试依据文件	125
6.4.2  高低温测试	125
6.4.3  振动测试	128
6.4.4  外壳防护测试	131
6.4.5  湿热测试	132
6.4.6  功耗测试	132
6.5  电磁兼容性测试	133
6.5.1  辐射骚扰场强试验	133
6.5.2  静电放电抗扰度试验	134
6.5.3  射频电磁场辐射抗扰度试验	137
6.5.4  电快速瞬变脉冲群抗扰度试验	139
6.5.5  浪涌（冲击）抗扰度试验	141
6.5.6  射频场感应的传导骚扰抗扰度试验	141
6.6  可靠性/安全性测试	142
6.6.1  可靠性检验方案	142
6.6.2  受试样本的数量	143
6.6.3  失效判决	143
6.6.4  测试检验项目及顺序	143
第7章　北斗授时终端测试评估	145
7.1  概述	146
7.2  测试评估系统及软件	147
7.3  测试评估项目	153
7.3.1  首次定位时间评估	154
7.3.2  接收灵敏度评估	154
7.3.3  定位精度评估	156
7.3.4  伪距精度评估	158
7.3.5  通道一致性评估	159
7.3.6  电文误码率评估	161
7.3.7  设备时延评估	162
7.3.8  授时精度评估	163
7.3.9  评估报告生成	165
7.4  测试评估软件应用	166
参考文献	169

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
北斗卫星导航系统是我国自主建立的卫星导航系统，具有导航定位、短报文通信和授时三大功能。其授时功能已逐步在电力、通信、交通运输、金融等国民经济支柱领域推广应用开来。
卫星授时具有范围广、精度高等特点，因此在授时应用方面具有很大的优势。卫星导航系统通过测时实现测距，具有高精度授时功能，得到了广泛应用。以前主要是依靠美国的GPS，但授时应用对可靠性要求很高，依靠单一的系统风险较大，必须发展多个卫星导航系统兼容的授时技术和系统。目前已投入实际运行的全球导航卫星系统（GNSS）包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗系统（BDS）。北斗卫星导航系统在授时应用方面相比GPS和GLONASS具有三方面特点：一是授时精度高，独具双向授时功能，精度达到10ns；二是授时模式多，既可以单星单向或多星单向，又可以双向或共视传递；三是自主可控。因此在我国应用中能够逐步替代美国的GPS，成为主用系统。
北斗授时终端是北斗卫星导航系统授时应用的关键设备。随着北斗系统用户终端技术的发展和北斗系统授时应用领域的不断拓展，北斗授时终端产品种类丰富、形态多样，形成了较完备的型谱。北斗授时终端性能的优劣直接关系到北斗系统授时精度、可靠性、完好性等方面功能性指标的实现，因此需要对其进行检测和认证，确定其真实状态，便于安装后更好地上线运行，服务于相应的应用系统。本书针对北斗授时终端的检测，总结多年来工作中积累的成果，从概念到原理，从技术到方法，系统地进行了阐述，紧密结合工程实际和应用，突出了测试系统的构建和具体测试方法步骤，非常适合于相关领域工程技术人员阅读和参考。
本书共分7章，第1章概论，介绍了时间和时频传递，卫星导航系统及其授时原理等；第2章GNSS系统时间及其时间系统，介绍了国际上通用的几类时间的基本概念和定义，各全球导航卫星系统的时间系统定义等；第3章北斗授时终端（上），介绍了北斗授时终端技术及其发展，北斗授时终端的构成、分类及技术要求等；第4章北斗授时终端（下），介绍了北斗授时终端的守时原理及频率源，授时输出接口，系统组网授时等；第5章北斗授时终端测试（上），介绍了北斗授时终端测试原理与方法，测试系统组成及要求，GNSS信号模拟器等；第6章北斗授时终端测试（下），介绍了北斗授时终端的功能、性能测试，环境适应性测试，电磁兼容性测试，以及可靠性/安全性测试等；第7章北斗授时终端测试评估，介绍了测试评估系统及软件，分项目测试评估方法及操作，测试评估软件应用等。
本书编写过程中，得到了北京华力创通科技股份有限公司和航天恒星科技有限公司的大力支持，特别感谢许仁义工程师、王东博士、谢月新经理、李夏工程师、郭大军工程师为本书编写提供技术资料。
由于作者水平和工程经验有限，书中错误在所难免，敬请广大读者批评指正。

作者

卫星导航－时间服务－终端设备

陈向东：1970年10月出生，1998年毕业于国防科技大学，获工学博士学位，北京卫星导航中心高级工程师。华东师范大学兼职教授，博士生导师。长期从事北斗卫星导航系统论证研究、研制建设和应用开发，是北斗一代、二代地面系统建设的主要参加者，在北斗系统信号体制设计、广域差分高精度定位技术、北斗用户终端技术等方面有较深入的研究。承担了国家“863”项目、军队预研、型研项目获国家科技进步二等奖1项，部委级科技进步一等奖1项，军队科技进步奖一等奖1项、二等奖4项，、三等奖6项。公开发表学术论文30余篇。

本书作者参与起草制定“北斗（单向）授时”、“北斗共视时间传递”技术规范和“北斗授时终端”、“GPS授时终端”、“GNSS授时单元”技术要求及检测方法标准，目前有关北斗授时终端技术要求和检测规范因为技术和协调的原因迟迟难以问世，本书的出版将对北斗导航系统的建设与应用起到促进作用。本书是一本少有的通用型、专业基础型、教材型，能与授时终端产品标准化、规范化配套使用的参考书。

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北斗授时终端及其检测技术