BD 420006-2015 全球卫星导航系统(GNSS)定时单元性能要求及测试方法.pdf
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1、 BD 4200062015北斗/全球卫星导航系统(GNSS)定时单元性能要求及测试方法 Performance requirements and test methods for BeiDou/Global Navigation Satellite Systems(GNSS)timing unit 2015-11-01 实施实施2015-10-19 发布 发布 BD 4200062015 I 目 次 前言.III 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义、缩略语.1 3.1 术语和定义.1 3.2 缩略语.3 4 要求.4 4.1 总则.4 4.2 组成.4 4.3 功能.4 4
2、.4 性能.5 4.5 接口.8 4.6 环境条件.11 5 测试方法.12 5.1 测试环境条件.12 5.2 测试信号.12 5.3 测试设备.12 5.4 测试场地.12 5.5 功能测试.12 5.6 性能测试.13 附录 A(规范性附录)IRIG-B 码码元定义及波形.22 参考文献.27 BD 4200062015 III 前 言 为适应我国卫星导航发展对标准的需要,全国北斗卫星导航标准化技术委员会组织制定北斗专项标准,推荐有关方面参考采用。本标准由中国卫星导航系统管理办公室提出。本标准由全国北斗卫星导航标准化技术委员会归口。本标准起草单位:中国科学院国家授时中心、中国卫星导航工程
3、中心、中国航天标准化研究所、中国电子科技集团公司第二十研究所、郑州威科姆科技股份有限公司。本标准主要起草人:胡永辉、吴海玲、武建锋、张向波、宋 成、王如龙、何在民、吴华兵、杨玉清、王 康、王维嘉、吕宏春。BD 4200062015 1 北斗/全球卫星导航系统(GNSS)定时单元性能要求及测试方法 1 范围 本标准规定了全球卫星导航系统(GNSS)定时单元的性能要求和测试方法。本标准适用于支持北斗卫星导航系统的全球卫星导航系统(GNSS)定时单元(以下简称“定时单元”)的研制、生产、检测和应用。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本
4、文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 6107 使用串行二进制数据交换的数据终端设备和数据电路终接设备之间的接口 GB/T 11014 平衡电压数字接口电路的电气特性 SJ/T 11423 GPS授时型接收设备通用规范 SJ 20726 GPS定时接收设备通用规范 BD 110001-2015 北斗卫星导航术语 BD 410004-2015 北斗/全球卫星导航系统(GNSS)接收机导航定位数据输出格式 ANSI/TUA/EIA 485-A-1998 平衡数字多点系统使用的发送器和接收器电气特性(Electrical Characteristics
5、of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems)RFC 1305 网络时间协议V3版(Network Time Protocol(Version 3)Specification,Implementation and Analysis)RFC 2030 简单网络时间协议V4版(Simple Network Time Protocol(SNTP),Version 4 for IPv4,IPv6 and OSI)IEEE Std 1588-2008 网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准(IEEE
6、 Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems)3 术语和定义、缩略语 3.1 术语和定义 BD 110001-2015界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1 北斗时 BeiDou Time,BDT BD 4200062015 2 BDS 建立和保持的时间基准,采用国际单位制秒的无闰秒连续时间。北斗时的起始历元是 UTC 2006 年 1 月 1 日的 00:00:00,通过 UTC(NTSC)与 UTC 建立联系。北斗时使用周
7、计数和周内秒表示。3.1.2 GNSS 定时单元 Global Navigation Satellite Systems timing unit 接收 GNSS 卫星信号,输出标准时间信号和时码信息的单元。3.1.3 频率准确度 frequency accuracy 频率源实际输出的频率值与其频率标称值的相对变化量。注 1:频率准确度也称为频率偏移(frequency bias),一般称为偏差;注 2:以上定义参考 GB/T 19391-2003 和 SJ 20726 中的术语“频率准确度”确定。3.1.4 频率稳定度 frequency stability 频率源输出频率的随机起伏程度。时域
8、表征量为在某一时间间隔(采样时间)内平均频率的双取样方差(阿伦方差)平方根值。注:以上定义参考 SJ/T 11423 中的术语“频率稳定度”确定。3.1.5 共视比对 time comparison using common view methods 两地设备同时测量本地时钟相对于同一颗卫星同一时刻的时差,经交换数据,计算得到两地时钟钟差的一种高精度时间比对方法。注:以上定义参考 GB/T 19391-2003 中的术语“共视比对”确定。3.1.6 时间报文 time message 包含时间信息和报头、报尾等标志的信息串。3.1.7 秒脉冲 1 Pulse Per Second,1PPS 一
9、种时间基准信号,每秒一个脉冲。3.1.8 分脉冲 1 Pulse Per Minute,lPPM 一种时间基准信号,每分钟一个脉冲。3.1.9 时脉冲 1 Pulse Per Hour,lPPH 一种时间基准信号,每小时一个脉冲。3.1.10 BD 4200062015 3 IRIG-B 码 Inter-range instrumentation group-B,IRIG-B 串行时间交换码的一种,分为 IRIG-B(AC)交流码和 IRIG-B(DC)直流码。3.1.11 位置保持模式 position-hold mode 通过设置 GNSS 接收机天线的精确坐标,获得定时信息的模式。3.1
10、.12 自主定位模式 autonomous positioning mode 通过接收卫星导航信号,自主解算获得定位和定时信息的模式。3.1.13 冷启动首次定时时间 cold start time to first timing 用户接收设备在星历、历书、概略时间和概略位置未知的状态下,从开机到首次输出正确的时间信号和信息所需的时间。3.1.14 热启动首次定时时间 hot start time to first timing 用户接收设备在星历、历书、概略时间和概略位置已知的状态下,从开机到首次输出正确的时间信号和信息所需的时间。3.1.15 重捕获时间 reacquisition tim
11、e 用户设备在接收的导航信号短时失锁后,从信号恢复到重新捕获导航信号所需的时间。3.1.16 捕获灵敏度 acquisition sensitivity 用户设备在冷启动条件下,捕获导航信号并正常定位所需的最低信号电平。3.1.17 重捕获灵敏度 reacquisition sensitivity 用户设备在接收的导航信号短时失锁后,重新捕获导航信号并正常定位所需的最低信号电平。3.1.18 跟踪灵敏度 tracking sensitivity 用户设备在正常定位后,能够继续保持对导航信号的跟踪和定位所需的最低信号电平。3.1.19 系统时间 system time 全球卫星导航系统所建立和保
12、持的时间,如 GPS 系统时间(GPST)、北斗时(BDT)等。3.2 缩略语 下列缩略语适用于本文件。BDSBeiDou Navigation Satellite System,北斗卫星导航系统;BD 4200062015 4 GLONASSGlobal Navigation Satellite System,格洛纳斯卫星导航系统;GNSSGlobal Navigation Satellite Systems,全球卫星导航系统;GPSGlobal Positioning System,全球定位系统;HDOPHorizontal Dilution of Precision,水平精度因子;NTP
13、Network Time Protocol,网络时间协议;PDOPPositional Dilution of Precision,位置精度因子;PTPPrecision Time Protocol,精密时间协议;SNTPSimple Network Time Protocol,简单网络时间协议;TWSTFTTwo-way Satellite Time and Frequency Transfer,卫星双向时间频率传递;UTCUniversal Time Coordinated,协调世界时。4 要求 4.1 总则 本标准中的定时单元通过天线接收GNSS公开服务信号,其中BDS为必选信号,进行捕
14、获、跟踪、解扩、解调与解算处理,实现定时功能,根据默认设置或交互指令输出标准时间信号、时码信息、数据信息、状态信息。4.2 组成 GNSS定时单元应至少包括GNSS接收天线和GNSS定时处理单元,定时单元所需时钟可在外部频标和内部晶振之间切换,如图1所示。图 1 定时单元组成 4.3 功能 4.3.1 定时模式 定时单元包括位置保持和自主定位两种定时模式。4.3.2 参数设置 包括天线坐标输入、定时模式选择、输出时间系统选择、时间自主完好性检测门限设置、初始时间设定、通信参数设定等参数。BD 4200062015 5 4.3.3 GNSS 定时 定时单元通过接收GNSS信号,解算出导航电文及相
15、关信息,由定时单元自主计算钟差,并修正本地时间,使本地时间与UTC或系统时间同步。4.3.4 时间系统选择 定时单元具备时间系统选择功能,即可以通过设置选择输出UTC或系统时间。4.3.5 天线开路、短路保护 定时单元具备天线开路、短路保护功能,并给出报警信息。4.3.6 输出信息 定时单元输出信息应包括:定时信息、定位信息、状态信息以及可视卫星的仰角、方位角、信号载噪比、PDOP值等信息。输出信息格式应符合BD 410004-2015对数据格式的要求。4.4 性能 4.4.1 灵敏度 4.4.1.1 捕获灵敏度 捕获灵敏度应优于-130dBm。定时单元在概略位置、概略时间、星历和历书未知的状
16、态下开机,各颗卫星的单通道导航信号载波电平不高于-130dBm时,应能在300s内以1Hz更新率连续10次输出三维定位误差小于100m的定位数据。4.4.1.2 重捕获灵敏度 重捕获灵敏度应优于-135dBm。定时单元在正常定位状态下,GNSS卫星信号短时中断30s后恢复,各颗卫星的单通道导航信号载波电平不高于-135dBm时,应能在300s内以1Hz更新率连续10次输出三维定位误差小于100m的定位数据。4.4.1.3 跟踪灵敏度 跟踪灵敏度应优于-140dBm。定时单元正常定位后,各颗卫星的单通道导航信号载波电平降低到-140dBm时,应能在300s内以1Hz更新率连续10次输出三维定位误
17、差小于100m的定位数据。4.4.2 首次定位时间 4.4.2.1 冷启动首次定位时间 在输入卫星导航信号功率电平为-130dBm时,定时单元在概略位置、概略时间、星历和历书未知的状态下开机,到首次能够在其后10s连续输出三维定位误差小于100m的定位数据,所需时间应不超过60s。BD 4200062015 6 4.4.2.2 热启动首次定位时间 在输入卫星导航信号功率电平为-130dBm时,定时单元在概略位置、概略时间、星历和历书已知的状态下开机,到首次能够在其后10s连续输出三维定位误差小于100m的定位数据,所需时间应不超过5s。4.4.3 首次定时时间 4.4.3.1 冷启动首次定时时
18、间 在输入卫星导航信号功率电平为-130dBm时,定时单元在概略位置、概略时间、星历和历书未知的状态下开机,到首次能够在其后10s连续输出定时误差小于300ns的定时信号和信息,所需时间应不超过100s。4.4.3.2 热启动首次定时时间 在输入卫星导航信号功率电平为-130dBm时,定时单元在概略位置、概略时间、星历和历书已知的状态下开机,到首次能够在其后10s连续输出定时误差小于300ns的定时信号和信息,所需时间应不超过15s。4.4.4 重捕获时间 定时单元在输入GNSS卫星信号功率电平为-130dBm且正常定时状态下,GNSS卫星信号短时中断30s,从信号恢复到首次能够在其后10s连
19、续输出定时误差小于300ns的定时信号和信息,所需时间应不超过5s。4.4.5 定位精度 在HDOP4或PDOP6时,水平定位精度优于10m(95%),垂直定位精度优于15m(95%)。注:本标准中定位精度仅指静态定位精度。4.4.6 定时精度 4.4.6.1 相对于 UTC 定时精度 相对于 UTC 定时精度应满足:a)位置保持模式:150ns;b)自主定位模式:250ns。4.4.6.2 相对于系统时间定时精度 相对于系统时间定时精度应满足:a)位置保持模式:50ns;b)自主定位模式:150ns。4.4.7 秒、分、时脉冲 秒、分、时脉冲应满足:a)上升沿:10ns;b)脉冲宽度:20s
20、200ns;c)抖动:2ns。BD 4200062015 7 4.4.8 频率信号输出 4.4.8.1 幅度 输出频率信号为10MHz的方波,TTL/LVTTL电平;或输出正弦波,3.5V峰峰值5V。4.4.8.2 频率准确度 输出频率准确度应优于110-9,取样时间为24h。4.4.8.3 频率稳定度 频率稳定度应满足如下要求:a)1s 稳定度优于 510-9;b)10s 稳定度优于 110-9;c)100s 稳定度优于 510-10;d)10000s 稳定度优于 510-12;e)1d 稳定度优于 110-12。4.5 接口 4.5.1 输入输出接口 4.5.1.1 外接频率参考 外接频率
21、为 10MHz 正弦波,峰峰值范围为 3.5V5V。4.5.1.2 交互接口 交互接口为串口 RS-232C/RS-422/RS-485 或者网口 RJ45。4.5.1.3 脉冲信号输出 脉冲信号输出应满足如下要求:a)脉冲信号包括 lPPS、lPPM、lPPH 或可编程脉冲信号等;b)阻抗:50;c)接口电平:TTL/LVTTL 电平。4.5.1.4 10MHz 频率输出 10MHz 频率输出为方波或正弦波,应满足如下要求:a)方波,TTL/LVTTL 电平;b)正弦波,3.5V峰峰值5V。4.5.2 串行时间报文 4.5.2.1 串行口参数 串行口参数要求如下:a)波特率:4800、960
22、0、19200、38400、57600、115200 Baud 可选,缺省设置应为 9600Baud;b)数据格式:起始位 1 位、数据位 8 位、停止位 1 位、无校验。4.5.2.2 串行口时间报文格式 串行口输出的报文宜采用ASCII码格式。BD 4200062015 8 报文发送时刻,每秒输出1帧。帧头为,与秒脉冲(1PPS)的前沿对齐,偏差小于5ms;串行口时间报文标准格式见表1,波形如图2所示。表 1 串行口标准时间报文格式 字节序号 含义 内容 取值范围 1 帧头#2 状态标志 1 用下列 4 个 bit 合成的 16 进制数对应的 ASCII 码值:Bit 3:保留=0;09
23、AF Bit 2:保留=0;Bit 1:闰秒预告(LSP):在闰秒来临前 59 s 置 1,在闰秒到来后的 00 s 置 0;Bit 0:闰秒标志(LS):0:正闰秒,1:负闰秒 注:将 Bit3Bit0 这 4 位二进制数表示的 16 进制数转换为对应的ASCII 码,例如:二进制数 0010,对应 16 进制数为 0 x2,转化为对应的 ASCII 码值为 50,ASCII 码为2。3 状态标志 2 用下列 4 个 bit 合成的 16 进制数对应的 ASCII 码值:Bit 3:夏令时预告(DSP):在夏令时切换前 59 s 置 1;Bit 2:夏令时标志(DST):在夏令时期间置 1;
24、Bit 1:半小时时区偏移:0:不增加,1:时间偏移值额外增加 0.5 hr;Bit 0:时区偏移值符号位:0:,1:09 AF 4 状态标志 3 用下列 4 个 bit 合成的 16 进制数对应的 ASCII 码值:Bits 3-0:时区偏移值(hr):串口报文时间与 UTC 时间的差值,报文时间减时间偏移(带符号)等于 UTC 时间(时间偏移在夏时制期间会发生变化)09 AF 5 状态标志 4 用下列 4 个 bit 合成的 16 进制数对应的 ASCII 码值:Bits 03-00:时间质量:0 x0:正常工作状态,时钟同步正常 0 x1:时钟同步异常,时间准确度优于 1 ns 0 x2
25、:时钟同步异常,时间准确度优于 10 ns 0 x3:时钟同步异常,时间准确度 优于 100 ns 0 x4:时钟同步异常,时间准确度 优于 1us 0 x5:时钟同步异常,时间准确度 优于 10us 0 x6:时钟同步异常,时间准确度 优于 100us 0 x7:时钟同步异常,时间准确度 优于 1 ms 0 x8:时钟同步异常,时间准确度 优于 10 ms 0 x9:时钟同步异常,时间准确度 优于 100 ms 0 xA:时钟同步异常,时间准确度 优于 1 s 0 xB:时钟同步异常,时间准确度 优于 10 s 0 xF:时钟严重故障,时间信号不可信 09 AF 6 年千位 ASCII 码值
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