天地一体化信息网络时间统一技术

　　天地一体化信息网络的建设和发展将会改变未来空间技术应用模式并深刻影响人类未来的生活。其具有高动态、多层以及异构多节点特性，统一时间基准的建立以及节点间高精度的时间同步，是实现天地一体化信息网络高效互联和协同的重要技术基础。本书站在天地一体化信息网络系统工程角度，重点从天地一体化时间统一的角度进行阐述，特别是从时间基准的建立、到时间基准的维持、再到时间的广域播发和监测评估，层层递进描述网络化的时间及其传递。本书首先介绍了时间的概念以及天地一体化信息网络的定义和特征，然后介绍了天地一体化信息网络的时间基准体系框架以及时间基准的维持技术，在此基础上介绍了天地一体化信息网络多节点时间同步技术以及网络授时监测评估技术。本书通过对天地一体化信息网络、时间基准、时间比对等技术的综合描述，以期对天地一体化信息网络的发展以及PNT技术的进步具有积极的促进作用，为天地一体化信息网络、卫星导航、高精度时间传递、测控等相关专业领域的高年级本科生、研究生和工程技术人员提供参考。

　　蔚保国，内蒙古自治区凉城县人，工学博士，研究员，中国电子学会会士，中国电子科技集团公司首席科学家，网络通信研究院副总工程师，卫星导航系统与装备技术国家重点实验室主任。现任中国卫星导航定位协会科学技术委员会委员，中国电子学会遥感遥测遥控分会副主任委员，中国计量测试学会时间频率专业委员会委员，中国测绘学会大地测量与导航专业委员会委员，国际大地测量协会中国委员会委员。长期从事卫星导航系统与综合PNT 技术研究工作，带领团队先后承担了北斗一号工程、北斗二号工程、北斗三号工程、中欧伽利略科技合作计划、天地一体化信息网络重大科技专项等地面测控与导航核心关键科研任务；发表学术论文180 多篇，发明专利190 多项，出版学术著作3 部。获得国家科学技术进步奖特等奖、军队科学技术进步奖一等奖、河北省科学技术进步奖一等奖、中国电子学会科学技术奖技术发明一等奖、卫星导航定位科技进步奖特等奖、中国航天基金会奖航天贡献奖等。荣获全国五一劳动奖章和全国最美科技工作者、中国电子学会十佳优秀科技工作者等荣誉称号。

第 1章 绪论 001
1.1 背景与意义 002
1.2 时间及时间统一技术发展历程 003
1.2.1 时间发展历程 003
1.2.2 时间频率基本概念 006
1.2.3 时间统一技术发展历程 012
1.3 天地一体化信息网络 015
1.3.1　基本概念 015
1.3.2 国外发展历程 016
1.3.3 国内发展历程 021
1.4 天地一体化信息网络时间统一的需求与挑战 022
1.4.1　时间统一需求与服务 022
1.4.2　信息网络融合 024
1.4.3 面临的挑战 025
参考文献 028
第 2章 时间统一基本概念、技术及方法 031
2.1 时间统一基本模型 032
2.2 时间频率系统基本结构 033
2.2.1 集中式 033
2.2.2 分布式 034
2.2.3 集中—分布式 036
2.3 时间建立与产生技术 037
2.3.1 时间建立技术 037
2.3.2 时间频率信号产生与分配 041
2.4 时间比对技术 043
2.4.1 GNSS共视时间比对 043
2.4.2 卫星双向时间比对 044
2.4.3 光纤双向时间比对 044
2.5 授时技术 045
2.5.1 卫星授时 045
2.5.2 长/短波授时 046
2.5.3 网络授时 048
2.6 授时监测技术 050
2.6.1 GNSS授时监测 050
2.6.2 长波授时监测 052
2.6.3 网络授时监测 053
2.7 性能指标及测量方法 054
2.7.1 频率准确度 054
2.7.2 频率稳定度 054
2.7.3 相位噪声 056
2.7.4 频率复现性 058
2.7.5 频率漂移率 058
2.7.6 频率偏差 059
2.7.7 时差 059
2.7.8 时间同步误差 060
2.7.9 时间传递不确定度 060
参考文献 061
第3章 天地一体化信息网络时间统一体系 063
3.1 架构与特征分析 064
3.1.1 网络架构 064
3.1.2 网络特征分析 067
3.1.3 时间同步特性分析 075
3.2 时间统一体系概念框架 077
3.2.1 基本概念 077
3.2.2 物理组成 078
3.2.3 运行机制 079
3.3 时间统一体系模型 081
3.3.1 多层体系模型 081
3.3.2 分层自治模型 083
3.3.3 基于钟差相对不变性的拓扑聚合模型 086
3.4 时间统一体系能力 090
3.4.1 天基高精度守时能力 091
3.4.2 网络化高精度时间同步能力 092
3.4.3 面向通导遥融合的全网泛在精准时间服务能力 093
参考文献 095
第4章 天地协同时间基准建立与表达 097
4.1 基本概念 098
4.2 守时原子钟 099
4.2.1 氢原子钟 100
4.2.2 铯原子钟 101
4.2.3 铷原子钟 103
4.3 时间基准建立模式 104
4.3.1 地面时间基准 104
4.3.2 地面网络化时间基准 112
4.3.3 天地协同时间基准 113
4.4 数据处理关键技术 115
4.4.1 数据预处理技术 115
4.4.2 时间产生技术 123
4.4.3 时间基准评估技术 126
参考文献 128
第5章 高精度时间比对技术 131
5.1 卫星共视时间比对技术 132
5.1.1 基本原理及数学模型 132
5.1.2 误差分析及改正模型 134
5.2 卫星双向时间比对技术 149
5.2.1 基本原理及数学模型 149
5.2.2 误差分析及改正模型 155
5.3 星地双向时间比对技术 166
5.3.1 基本原理及数学模型 166
5.3.2 误差分析及改正模型 172
5.4　星间双向时间比对技术 174
5.4.1 基本原理及数学模型 174
5.4.2 误差分析及改正模型 178
5.5 光纤双向时间比对技术 183
5.5.1 基本原理及数学模型 183
5.5.2 误差分析及改正模型 185
参考文献 189
第6章 高精度链路时延标定与传递技术 191
6.1 时延定义 192
6.1.1 发射设备时延 193
6.1.2 接收设备时延 193
6.2 系统链路时延分类 194
6.2.1 星地链路时延 195
6.2.2 星间链路时延 196
6.2.3 站间链路时延 197
6.3 时延直接标定 198
6.3.1 发射时延直接标定 199
6.3.2 转发时延直接标定 202
6.4 时延传递标定 203
6.4.1 发射时延传递标定 204
6.4.2 接收时延传递标定 205
6.4.3 转发时延传递标定 206
6.5 时延标定方法性能比较分析 207
参考文献 209
第7章 天地协同时间服务体系 213
7.1 时间服务概念与模型 214
7.1.1 时间服务概念 214
7.1.2 时间服务模型 216
7.2 体系架构与服务模式 217
7.2.1 体系架构 217
7.2.2 时间服务模式 218
7.3 授时服务原理与方法 221
7.3.1 短波无线电授时 221
7.3.2 长波无线电授时 224
7.3.3 卫星无线电授时 226
7.3.4 网络授时 234
7.4 授时监测原理与方法 239
7.4.1 地基监测 239
7.4.2 天基监测 245
参考文献 249
第8章 时间统一发展趋势与应用前景 251
8.1 发展趋势 252
8.1.1 频率标准的提升促进秒的重新定义 252
8.1.2 国际参考时间尺度向实时连续演进 253
8.1.3 国家时间频率基础设施向天地协同体系发展 254
8.2 应用前景展望 256
8.2.1 时间统一在各行业领域中的泛在应用 256
8.2.2 时间统一的“中国制造”应用 257
8.2.3 时间统一的智慧型社会应用 258
8.2.4 时间统一的现代化国防应用 259
参考文献 260
名词索引 261