不同电离层模型对北斗共视的精度影响分析

GNSS共视时间传递已成为远程高精度时间同步的主要技术手段之一,我国自主研制的北斗导航系统已经服务于亚太地区,基于北斗共视进行高精度时间传递已成为我国时频领域的研究热点。为了提高导航系统定位精度,需降低或消除导航定位过程中的各类误差,其中电离层为影响北斗共视的主要误差。研究了常用的几种电离层修正算法,利用2014年7月份的观测数据分析不同电离层模型对北斗共视钟差的精度影响,给出了残差标准差和稳定度值。分析结果表明:经各种电离层修正后,钟差精度都有所提高,其中双频电离层修正最优,比VTEC格网模型和Klobuchar模型分别提高22%和30%。对于不同星座,GEO卫星计算的钟差修正后精度明显优于MEO、IGSO卫星。     

基于北斗三号PPP-B2b轨道的实时精密共视时间传递

面向精密可靠的远程时间传递需求,提出一种基于北斗三号PPP-B2b轨道的实时精密共视时间传递方法。该方法利用北斗三号精密单点定位(precise point positioning,PPP)服务提供的精密轨道改正数,根据实时载波相位单差技术估算异地接收机的相对钟差,实现高精度时间传递。基于中国及周边地区6个跟踪站连续多天的北斗三号系统观测数据开展试验,验证了该时间传递方法的性能。试验结果表明:零基线时间传递结果的标准差优于0.03 ns。与事后PPP时间传递相比,长基线时间传递结果差值的标准差优于0.3 ns,时间传递天边界连续性更好。基于北斗三号PPP-B2b轨道的实时精密共视时间传递方法,不依赖精密卫星钟差,能实现亚纳秒量级的时间传递精度,具有易于实现、连续性好的优势。试验结果可为北斗精密时间服务提供一定的参考。     

另一种传递时间的GPS共视法

利用GPS比对远距离时钟的标准方法称为共视技术。利用这种技术时,两个以上地面站同时观察一颗GPS卫星。最广泛使用的同视法,必须知道卫星的位置,因为必须计算出信号的传输时间。可是,共视法实际上是一种多R(距离)体制,利用这一技术可以求解出观测站和卫星的位置,以及时钟偏差。本文指出如何将这种原理(源自经典的多R测地文献)用于时间传递。论述了使共视站地理分布和观测时间最佳化的必要性。还基于大量数值仿真结果提出了现场试验的建议。     

伪卫星共视法时间同步模型及其精度分析

时间同步技术是伪卫星系统设计的关键技术之一。根据卫星共视法时间同步原理,得出影响共视法时间同步模型精度的各项残差,进而对各项残差做深入分析。采用网格模型对共视法中电离层延迟残差进行分析,得出伪卫星相距的方向、距离以及用来共视的卫星高度角对电离层延迟残差的影响。采用Hopfield模型对对流层延迟残差进行分析,得出高度角对对流层残差项的影响,并进行仿真分析。     

一种基于单频授时接收机的纳秒级时间同步方法研究

针对未来通信同步网等需要低成本、高精度、大范围时间同步的应用需求,研究了基于单频接收机进行卫星共视比对的可行性。提出了一种基于单频授时接收机的标准时间远程复现方法,并最终实现了一套低成本的标准时间复现设备,能提供与标准时间小于10ns(3σ)的时间偏差。该设备可用于组建时间同步网,保证网内节点间时差小于20ns,结合多级分层传递组网策略,理论上可以建立覆盖全球的时间同步网。     

基于北斗卫星的纳秒级全球授时系统

北斗三号系统的基础服务可以为全球用户提供精度优于20ns的信号，更高精度的时间同步应用，需要如GNSS共视、全视、PPP或卫星双向时频传递等专用方法，成本高，并且需要专业维护，只适合小范围应用。在研究了各种高精度时间比对技术的基础上，基于国家授时中心的标准时间UTC（NTSC），提出了基于北斗卫星实时共视、实时全视和实时PPP多种技术互补融合的纳秒级全球授时方法。结合时延绝对标定与分段标定组合的设备时延标定，以及振荡器动态驯服等技术，建立了标准时间远程复现系统，由服务端和用户端两部分组成。服务端由国家授时中心维护，用户仅需要安装一台标准时间复现设备，并通过互联网或北斗短报文信道自动持续从服务端获取服务数据，即可在本地恢复出溯源至标准时间UTC（NTSC）的时间频率信号。系统可为全球用户提供与UTC（NTSC）偏差小于5ns的1PPS信号，以及万秒频率稳定度优于5×10-13、相对频偏小于5×10-14的10MHz信号，授时A类不确定度优于2ns。目前已经为多个行业提供服务。     

GNSS超快速产品在全球标准时间复现中的应用

为满足大跨度空间范围内的时间同步需求,对基于共视时间比对原理的标准时间复现系统进行改进,采用全视时间比对方法解决原系统应用基线受限的问题.考虑实时性的要求,使用全球卫星导航系统(GNSS)超快速产品(预测部分)提供卫星位置和卫星钟差,以尽可能消除广播星历和钟差对复现结果的影响.分析了常用的几家机构发布的GNSS超快速产...     

基于运动的GPS测姿解整周模糊的新算法

利用GPS载波相位技术可进行近厘米级精度定位。借助几个天线,利用载波相位可测定姿态。本文介绍一种基于运动的解整周模糊的算法,适用于可见GPS卫星较少的场合。当共视卫星数少于3颗时这种算法是一种基本手段。用作直升机自主样机和飞机的测姿设备实验中,这种算法非常成功。     

卫星双向时间频率传递研究进展

介绍了卫星双向时间频率传递的基本原理和技术演进,重点论述了基于伪码相位测量的卫星双向时间频率传递方法及其误差来源,阐述了双伪码卫星双向时频传递技术、载波相位卫星双向时频传递技术和卫星双向 日波动效应等重点研究方向的最新进展.针对制约卫星双向时间频率传递技术性能提升的主要问题,给出了相关发展思考.     

BDS-3时间频率传递方法及其性能分析

我国独立自主建设的全球卫星导航系统——北斗三号（BDS-3），在2018年底已完成基本系统建设，计划2020年底全面建成并正式为全球用户提供定位、导航和授时服务。考虑到BDS-3系统与BDS-2区域系统在覆盖范围、卫星载荷、信号设计等方面的差异，其远程时间传递的性能有待进一步分析研究。利用GNSS时间传递中的共视法和载波相位时间传递方法，基于国际时间实验室BDS-2和BDS-3的短基线、长基线时间传递链路，对其时间传递链路的噪声水平和频率稳定度进行定量分析。实验结果表明，对于共视法，在时间传递的噪声水平和频率稳定度方面，BDS-3都明显优于BDS-2；长基线链路的精度为1.48ns（BDS-3）和3.13ns（BDS-2），短基线链路的精度为0.65ns（BDS-3）和1.02ns（BDS-2）。对于载波相位方法，BDS-3和BDS-2时间传递的噪声水平相当，长基线链路的精度为0.20ns，短基线链路的精度为0.02ns；但在频率稳定度方面，BDS-3优于BDS-2。     

卫星授时与时间传递技术进展

近年来,卫星导航技术发展迅速.卫星导航系统以精密时间测量技术为基础,实现了伪距测量,进而实现定位.同时,卫星导航系统还提供了高精度授时功能.综述了卫星导航系统的授时和时间频率传递技术、基于通信卫星的授时技术以及双向卫星时间频率传递(TWSTFT)技术等.随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的建成和提供服务,BDS授时应用研究正在快速发展.基于BDS/GNSS多系统的精密单点定位(PPP)时间传递技术已成为重点研究方向,未来将会应用于国际时间比对.同时,随着卫星通信技术尤其是低轨通信卫星技术的快速发展,低轨通信卫星授时会成为一个有潜力的研究方向.     

基于地面测量的卫星导航系统时间同步技术研究

根据卫星导航系统地面观测数据的特点,建立了站间和星地时间同步的状态空间方程和量测方程,设计了序列Kalman滤波算法,综合利用时间同步观测数据及伪距观测数据,求解出监测站及导航卫星钟差。通过仿真计算表明,本文所建立的模型及设计的序列Kalman滤波算法,提高了卫星导航系统站间和星地时间同步的精度,具有一定的应用价值。     

卫星双向法与卫星测距

卫星双向时间比对是目前远距离台站时间比对精度最高的时间同步技术,时间比对精度达几百皮秒,比GPS共视技术的时间比对精度几乎高一个数量级。中科院国家授时中心根据多台站卫星时间比对经验,提出利用卫星双向比对技术进行卫星测距(称转发器定轨)。实验证明:利用卫星双向技术(卫星需要转发器)进行卫星测距,可得到高精度卫星轨道(内符精度为几厘米)和卫星预报轨道。     

基于影锥特征角的近圆轨道卫星进出地影时间的快速判定法

为准确、快速地对航天工程中卫星进出地影时间进行预报,提出一种新的锥形地影判定条件和快速计算方法。以锥形影锥半锥角为特征角,影锥顶点到卫星和地心矢量的夹角为判定角,比较2个角的大小以确定卫星的地影状态。发现太阳地心矢量与卫星地心矢量的夹角不大于90°时,卫星位置不可能处于地影区的几何约束关系,能够预先确定卫星在近圆轨道上周期运动时地影预报时间窗口,仅对窗口内的轨道数据进行地影计算。仿真结果表明:基于影锥特征角的快速算法地影条件有效,判定计算量减少,预报精度略优于天体视半径判定法和影锥基本面投影半径判定法,计算效率比其他2个算法分别提高25.305%和52.172%。     

基于时间灵活度的中继卫星调度算法

中继卫星的调度问题是一个多资源多任务的复杂NP问题.作者在分析中继卫星系统资源、任务和约束的基础上,提出了一种基于任务时间灵活度的中继卫星调度算法,最后运用本算法对一个调度算例进行了验证求解.     

前视地形告警算法与告警模式仿真验证研究

前视地形告警功能是近地告警系统中极为重要的一部分,但已有的前视地形告警方法都是通过拟合包线进行告警,这种方式的精确性略有不足。为了提高前视地形告警的准确性,提出了一种简单前视地形告警算法,并搭建了仿真验证平台进行仿真验证。提出了简单前视地形告警算法的工作流程;建立了航迹预测算法、极限拉起点和提前告警时间的计算模型;定义了前视地形告警新的告警子模式;利用Qt设计了一个仿真验证系统。通过仿真验证可知,前视地形告警算法能够及时发出告警,并且根据告警模式的不同用不同的方式警示飞行员,与利用告警包线的方法相比,前视地形告警方法更为精确,并且适用范围广泛。     

共位卫星间的射频干扰分析

在地球静止轨道卫星之间,特别是共位卫星,不可避免地会产生相互干扰。从共位卫星同频干扰原理出发,指出同频干扰存在的条件,并通过有关数据给出了干扰发生的时间。     

电磁探测卫星星上自主规划模型及优化算法

电磁探测卫星自治(AEDS)是一类对地观测卫星,其搜集的信息对工业、科研和军事等领域有着重要的意义。针对电磁探测卫星有效载荷特点,建立了基于动态拓扑结构无环路有向图的星上自主规划数学模型,提出了基于标记更新最短路径搜索的星上自主规划精确算法,对其完备性和时间复杂度进行了分析。并对精确算法时间复杂度较高的缺点,将近似支配概念引入到模型中,提出了标记更新最短路径搜索近似算法,分析了算法的近似程度和时间复杂度。最后,根据模拟的数据进行实验及分析,表明该方法能有效解决电磁探测卫星自主任务规划问题。     

中国科学院国家授时中心“高精度时间传递与精密测定轨”研究室简介

正研究方向和平台:主要研究高精度时间频率传递与精密测定轨技术,以及相关的科学问题。具体包括:1)双向卫星时间频率传递(TWSTFT)与转发式测定轨。研制了国内多站分布的双向卫星时间传递与转发式测定轨系统平台,开展双向卫星时间频率传递技术研究,开展卫星转发式测定轨技术(ODTT)研究;2)北斗/GNSS精密测定轨与时间服务。研制了国际GNSS监测评估系统(iGMAS)国内跟踪网、数据中心和分析中心平台,开展北斗/GNSS卫星及低轨卫星精密轨道与钟差确定、电离层延迟和对流层延迟解算建模、GNSS卫星精密定位授时与时间频率传递等技术研究,以及日长变化和极移等相关科学研究;     

基于图象空间的加速体投射算法

传统的光线投射算法通过视变换将数据体转换到视坐标系下,在视坐标下进行重采样。一方面对于较大的数据体,视变换相当耗时;另一方面,在视坐标下进行重采样,对数据的索引查找较麻烦。基于此,提出了一种新的加速光线投射算法,基于图象空间逆视变换的体绘制算法。该算法在物体坐标系中进行重采样,并利用多边形扫描转换减少了对无效像素的计算。借助视线的参数化方程减少对空体元的采样,从而使得绘制速度基本可以达到实时绘制。