GPS卫星时钟对时原理

   GPS卫星时钟是利用全球定位系统卫星发送的UTC（Universal Time Coordinated，协调世界时）信号，为各种自动化装置用户提供全球统一同步准确的时钟信号源。   

      GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，是美国**部于1994年建成并投运的新一代卫星导航、定位、测距和授时系统。GPS由导航卫星、地面监控系统和用户接收机三大部分组成。导航卫星是运行在距地面20183km处分布在6个互成60º的轨道面上的24颗卫星（21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星，确保地平线以上能观测到4颗以上的卫星），卫星上装有日稳定度为10-13的精密原子钟。卫星正常工作时用双频1575.42MHz 、1227.60MHz（采用双频是为校正电离层产生的附加延时）以50bps速度连续发送导航电文。导航电文中包含有系统时间、时钟改正参数、电离层延迟模型参数、卫星星历（描述卫星运行轨道的参数）及卫星工作状况等信息，其中系统时间即为卫星原子钟的时间。
      地面监控系统要对卫星的工作状态及运行轨道进行监控，同时监测各颗卫星的时间，求出钟差并发给卫星，再由卫星用导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站，每个监测站均配装有精密的铯钟（用于计算钟差）和卫星接收机。
      用户接收机由GPS 天线、GPS 卫星接收机及相关应用设备所组成。天线用来接收GPS卫星发射的导航电文；GPS卫星接收机则负责对所接收到的导航电文进行信息处理，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。这里只需要GPS授时（授时：采用适当的手段发播标准时间的过程）系统的时间信息。若设(x，y，z)为接收机的位置， (xn，yn，zn)为已知卫星的位置，则解下列方程组（相当少可观测到4颗卫星，每1颗卫星可列1个方程，）就可以得到（x，y，z）和标准时间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为用户时钟与GPS 主钟标准时间的时差；Tn 为卫星n所发射信号的发射时间；τn为卫星上的原子钟与GPS主钟标准时间的时差。 GPS接收机所求得的时间为格林尼治时间（零时区），要得到北京时间（东八区）一定要将提取到的世界时加上8 h 才是北京时间。