尊龙凯时人生就是搏

编译：魏艳艳（中国电科20所）

转自：“天地一体化信息网络”微信公众号

卫星时间和位置（STL）手艺是Satelles公司研制、应用低轨卫星的一种PNT手艺。2016年
，Satelles公司对STL系统的性能举行了演示验证
，试验使用自力温控晶体振荡器（TCXO-based）吸收机
，吸收铱星星座信号
，试验效果显示
，其授时精度达亚微秒级。

2018年1月
，Satelles公司在ION PTTI年度聚会上宣布STL系统最新测试效果
，试验接纳差分数据和精度更高的恒温晶体振荡器（OCXO）
，试验效果显示
，其授时精度可达纳秒级。

卫星时间和位置系统研究配景

自1995年GPS最先运行以来
，除军事领域需要提供全球无缝笼罩的效劳外
，效劳规模还延伸至各大民用领域
，好比通讯行业、金融效劳、电力、能源、工业跟踪、位置效劳（LBS）、授时和定位认证（timing and location based authentication）等。随着应用规模的一直扩展
，GNSS的作用愈来愈无法替换。

只管GNSS有诸多优点
，但依然保存不可阻止的弱点
，其中包括：

第一
，GNSS导航卫星轨道高度高
，一样平常在2～3万千米轨道高度上
，导航信号经由空间消耗抵达地面时已很弱
，无法穿透卫星和用户间的种种障碍物
，尤其在一些特殊情形中
，好比室内和其他如都会峡谷等阴影遮蔽较量严重的情形。

第二、在天体运动中
，高轨道导致了卫星自己的几何位置改变慢
，这恰恰与实时快速定位的要求保存冲突。

第三、GNSS信号易遭受到滋扰和诱骗
，并且这种装备因价钱低廉极易获取。

而低轨卫星为解决以上问题提供了优异的契机。

第一、低轨卫星轨道高度相比于古板导航卫星更低
，导航信号在空间中的自由撒播消耗会更低
，地面吸收机的信号更强
，可用于一些阴影遮蔽情形的定位。

第二、古板定位要领大致有伪距定位和载波相位定位两种
，其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
，而低轨卫星在轨运行速率更快
，在相同视察时间内几何位置改变换大
，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地面消耗小
，且信号接纳专用名堂和加密手艺
，不易受到滋扰诱骗。

卫星时间和位置（Satellite Time and Location, STL）手艺是Satelles公司与波音公司和铱星卫星有限责任公司（Iridium Satellite LLC）相助开发的一种低轨卫星PNT手艺。STL通过铱星卫星星座发射的定位信号能够穿透包括深室在内的许多遮蔽情形。2013年
，Satelles与波音公司和铱星公司告竣协议
，由Satelles公司独家向用户提供铱星卫星系统商业信号。凭证协议要求
，Satelles独家治理与STL手艺有关的铱星卫星运营中心的所有接口。2016年
，Satelles公司对外宣布STL效劳。

卫星时间和位置系统概述

STL系统是通过铱星发射STL专用信号为用户提供PNT效劳。铱星星座由66颗低轨道卫星（LEO）组成
，主要为全球移动用户提供话音通讯效劳。信号发射频段为L频段（1616～1626MHz）
，接纳25,000符号率/秒的正交相移编码（QPSK）调制方法
，信号帧长度90ms。由于铱星系统可以在90ms的单帧信号发射通用“文本电文”
，Satelles公司凭证铱星具备的这种能力发射专用脉冲信号（“bursts”）
，为用户提供PNT效劳。

铱星发射的STL脉冲信号包括一组全心设计的数据
，经铱星发射机产成一个扩频RF信号脉冲。STL专用脉冲信号有一个导频通道和一个数据通道
，两个通道都举行重大编码
，在举行编码增益处置惩罚后即即是微弱信号也可以穿透修建物。STL吸收机可以通过这种编码增益获得每个脉冲信号的准确时间（伪距）和频率丈量
，相关于未受遮蔽区域最多只有39dB的信号衰减。因此
，STL系统可以用于室内和“都会峡谷”等遮蔽区域
，这一点恰恰能够填补GNSS性能缺陷。

卫星时间和位置系统性能

STL系统具有以下能力:

全球可用性。铱星星座由66颗低轨卫星组成
，是现在在轨运行的最大星座
，能够笼罩包括极地在内的全球区域。

信号功率大
，具有穿透能力和抗滋扰能力。低轨卫星距离地球800多千米
，STL信号抵达地面时的信号强度是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
，纵然是在修建物的地下室内也能吸收到STL信号。且高功率STL信号可以抵御大功率滋扰机的滋扰。

抗诱骗能力
，清静性高。STL系统接纳专用加密信号
，PNT数据包都经由加密
，只有付用度户才华解密使用
，具有抗诱骗能力。

时间同步和授时能力。STL通过GPS溯源到UTC时间。STL系统通过遍布全球清静可靠的铱星地面监测站（Teleports）获取GPS高精度UTC时间
，从上行链装备向铱星星座提供高精度时间。STL相关于UTC授时精度为约200纳秒。现在
，Satelles公司接纳全球25个地面站的铷驯服授时吸收机丈量GPS时间
，并举行较量和相互校验。GPS泛起故障时
，STL会检测到GPS故障
，在GPS恢复正常运行前接纳铷振荡器。

位置认证能力。铱星星座每颗卫星有48个点波束
，可以提供位置认证效劳。STL系统的定位精度30～50米。关于移动物体的位置定位需团结惯性导航系统一起使用。

STL系统性能如图1所示。

图1  STL系统性能

卫星时间和位置系统最新试验效果

2018年
，Satelles公司凭证差别的装备、效劳和情形设置了3种试验场景
，如表1所示。试验效果显示
，接纳差分数据和精度更高的恒温晶体振荡器（OCXO）后
，STL系统的授时精度可达160纳秒。

表1  3种STL试验场景

试验使用的用户装备包括斯坦福研究系统公司（SRS）的PRS10铷蒸汽频率参考和Satelles评估套件（EVK2）STL吸收机
，如图2所示。

图2  试验用户装备

试验特殊置铷钟STL系统和内置OCXO的差分STL辖档徒种情形举行。

（1）外置铷钟STL系统（无差分校正数据）的试验参数设置及试验效果

场景1和场景2未使用差分校正数据
，其参数设置及试验效果如表2和表3所示。

表2  无差分校正数据的试验参数设置

表3  无差分校正数据的试验效果

试验效果显示
，场景1的授时精度优于场景2。

（2）内置OCXO的差分STL试验参数设置及试验效果

与场景1和场景2差别的是
，场景3接纳了内置OCXO和差分数据
，其参数设置及试验效果如表4所示。

表4  使用差分校正数据的试验参数设置

为了便于较量
，场景3对STL系统和差分STL系统划分举行了测试
，试验一连时间10天
，试验效果如表5所示。

表5  场景3试验效果

试验效果显示
，在使用内置高精度OCXO时钟和差分数据的情形下
，授时精度可达160纳秒。

卫星时间和位置系统与GNSS的性能较量

STL系统是应用铱星高功率寻呼信道发射STL专用脉冲信号
，使吸收机可以吸收到准确的时频观丈量
，在GNSS拒止情形下
，可以填补和增强GNSS系统性能。STL系统与GNSS性能较量见表6。

表6  STL系统与GNSS性能较量

从表6可以看出
，STL系统定位和授时精度缺乏GNSS
，但具有抗滋扰和诱骗能力
，且大功率信号不受遮蔽障碍物影响
，在性能上可以与GNSS形成互补。可是
，STL系统接纳STL专用脉冲信号
，现在还未对所有用户提供果真规范。并且
，STL系统仅向付用度户提供效劳
，这些都是STL系统亟待解决的问题。