上一篇GPS基础原理中提到了一个钟差的概念,并没有细说。GPS涉及到的时间有不少,这一篇就详细讲一讲。
时间是一个相对的概念,最简单的例子:你的手表的时间和我的手表的时间可能是不一样的,那不一样就会有问题,我说的8点上班和你认为的8点上班就不是同一个时刻了,于是你上班就可能会迟到。同理,GPS卫星的时间和接收机的时间也不一样,于是在利用时间来算距离的时候就会有很大的误差,所以我们要统一时间。
为了统一时间,人类做了很多的努力,建立了多个不同的时间系统。有以地球自转为基础的世界时(UT),有以原子钟为基础的国际原子时(TAI),还有两者折中的协调世界时(UTC)。目前,几乎所有国家的标准时间都采用协调世界时。
然而GPS系统并没有采用协调世界时,而是建立了其专用的GPS时间系统(GPST)
- GPS时间是连续的。
- GPS时间用星期数(周数)和周内秒来表示时间。
- GPS时间的秒长由地面站的原子钟和卫星的原子钟的观测量综合得出。
- GPS时间的零时刻与协调世界时的1980年1月6日(是个星期天)零时刻同步。
- GPS时间落后国际原子时19秒加一个秒内偏差。美国会控制GPS时间使这个秒内偏差小于1微秒,一般在几百纳秒之内。
需要注意的是每颗GPS卫星都有自己的卫星时间,每颗卫星都是按照自己本身的时钟在运行,而由GPS地面站来保证卫星时间与GPS时间之间的差异小于1微秒。在卫星播发的导航电文中,在遥测字(TLW: Telemetry Word)和交接字(HOW: HandOver Word)中与时间相关的数据都是基于卫星时间,而其他的数据都是基于GPS时间。
GPS时间与协调时的差异参数由导航电文给出,在导航电文第4子帧第18页。这些参数由地面站负责更新,至少每6天更新一次,否则准确性会随时间流逝而下降。卫星时间与GPS时间的差异参数也由导航电文给出,在导航电文第1子帧。
这样GPS时间和卫星时间还有协调时三者就联系起来了,可以互相推导出来。还有一个接收机时间是独立于这三者的,所以存在一个接收机时间与GPS时间的钟差未知数。时间关系确定,误差保持在一定范围,就可以用于计算距离,进而定位,也就是上一篇讲到的基本原理。