GPS衛星時(shí)鐘是利用全球定位系統衛星發(fā)送的UTC(Universal Time Coordinated,協(xié)調世界時(shí))信號,為各種自動(dòng)化裝置用戶(hù)提供全球統一同步準確的時(shí)鐘信號源。
GPS(Global Positioning System)即全球定位系統,是美國**部于1994年建成并投運的新一代衛星導航、定位、測距和授時(shí)系統。GPS由導航衛星、地面監控系統和用戶(hù)接收機三大部分組成。導航衛星是運行在距地面20183km處分布在6個(gè)互成60o的軌道面上的24顆衛星(21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星,確保地平線(xiàn)以上能觀(guān)測到4顆以上的衛星),衛星上裝有日穩定度為10-13的精密原子鐘。衛星正常工作時(shí)用雙頻1575.42MHz 、1227.60MHz(采用雙頻是為校正電離層產(chǎn)生的附加延時(shí))以50bps速度連續發(fā)送導航電文。導航電文中包含有系統時(shí)間、時(shí)鐘改正參數、電離層延遲模型參數、衛星星歷(描述衛星運行軌道的參數)及衛星工作狀況等信息,其中系統時(shí)間即為衛星原子鐘的時(shí)間。
地面監控系統要對衛星的工作狀態(tài)及運行軌道進(jìn)行監控,同時(shí)監測各顆衛星的時(shí)間,求出鐘差并發(fā)給衛星,再由衛星用導航電文發(fā)給用戶(hù)設備。GPS工作衛星的地面監控系統包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監測站,每個(gè)監測站均配裝有精密的銫鐘(用于計算鐘差)和衛星接收機。
用戶(hù)接收機由GPS 天線(xiàn)、GPS 衛星接收機及相關(guān)應用設備所組成。天線(xiàn)用來(lái)接收GPS衛星發(fā)射的導航電文;GPS衛星接收機則負責對所接收到的導航電文進(jìn)行信息處理,經(jīng)過(guò)計算求出接收機的三維位置、三維方向以及運動(dòng)速度和時(shí)間信息。這里只需要GPS授時(shí)(授時(shí):采用適當的手段發(fā)播標準時(shí)間的過(guò)程)系統的時(shí)間信息。若設(x,y,z)為接收機的位置, (xn,yn,zn)為已知衛星的位置,則解下列方程組(相當少可觀(guān)測到4顆衛星,每1顆衛星可列1個(gè)方程,)就可以得到(x,y,z)和標準時(shí)間T:
(x- x1)2+(y- y1)2+ (z- z1)2 =C2(T+△T- T1 -τ1)
(x- x2)2+(y- y2)2+ (z- z2)2 =C2(T+△T- T2 -τ2)
(x- x3)2+(y- y3)2+ (z- z3)2 =C2(T+△T- T3 -τ3)
(x- x4)2+(y- y4)2+ (z- z4)2 =C2(T+△T- T4 -τ4)
其中△T為用戶(hù)時(shí)鐘與GPS 主鐘標準時(shí)間的時(shí)差;Tn 為衛星n所發(fā)射信號的發(fā)射時(shí)間;τn為衛星上的原子鐘與GPS主鐘標準時(shí)間的時(shí)差。 GPS接收機所求得的時(shí)間為格林尼治時(shí)間(零時(shí)區),要得到北京時(shí)間(東八區)一定要將提取到的世界時(shí)加上8 h 才是北京時(shí)間。