基于非差模型的GPS卫星实时钟差估计精度分析

通过分析实时钟差估计的解算过程,实现了基于非差模型的GPS卫星实时钟差估计,利用区域和全球数据、最终和实时轨道分别求解实时钟差,并将其结果与IGS实时钟差产品进行对比,分析GPS卫星实时钟差产品的精度。算例表明:采用IGS最终轨道产品实时解算卫星钟差,平均钟差精度达到0.2ns;采用IGS实时轨道产品实时解算卫星钟差,平均钟差精度达到0.25ns;IGS实时钟差产品平均钟差精度达到0.2ns以内。实时估计的钟差和IGS实时钟差产品精度差异有很大一部分是由于双方采用的钟差解算策略不同造成的,IGS实时钟差产品和IGS实时轨道产品是同一软件求解得到,符合性更好,且两种实时钟差产品在精度评定时选择IGS最终钟差产品为参考,这对IGS实时钟差产品的评估也会有利。     

GNSS实时卫星钟差估计技术进展

不依赖实体基准站增强信息的GNSS实时精密单点定位服务将逐渐成为主流定位模式。实时卫星钟差产品作为实时精密单点定位的关键先决条件之一，其精度直接决定实时精密定位服务的性能。计算实时卫星钟差的GNSS实时卫星钟差估计技术成为实时精密定位的核心技术之一，其主要包括两种解算模式：非差解算模式和差分解算模式。由于对卫星模糊度等未知参数处理策略的不同，卫星钟差估计技术又可细分为非差、历元差分、星间差分、混合差分等策略类型。针对不同实时卫星钟差估计技术的原理方法、算法效率、适用性等问题，综合目前已有相关研究成果的基础上，对GNSS实时卫星钟差估计的研究现状、关键技术和面临的挑战进行了较为系统的总结综述，并对未来卫星钟差预报产品和实时估计产品的关系进行了展望。     

不同GNSS星载原子钟周期特性分析

高精度的卫星时钟修正是全球卫星导航系统实时精密单点定位和授时服务的重要基础。为了提高GNSS钟差预报精度，需要对GNSS星载原子钟的周期特性进行分析。基于2016年全年的GNSS精密卫星钟差数据，利用中位数方法进行了数据预处理，使用多项式拟合模型分析了卫星钟的拟合残差，利用频谱分析法分析了BDS、GPS卫星钟差的周期特性，全面分析了BDS、GPS星载原子钟的周期特性。分析结果表明：除Cs钟外，其他卫星钟差都表现出较好的周期特性，BDS、GPS的主周期项基本在12h、24h、6h附近；同时不同的轨道、原子钟，其钟差周期项不同，而相同的轨道类型，其钟差周期项也存在一定差异；卫星的钟差主周期分别近似为其卫星轨道周期的1/2倍、1倍、2倍。     

顾及轨道误差的GNSS卫星钟差实时估计策略优化

为提高GNSS卫星钟差实时估计精度，针对GNSS各卫星系统的轨道差异，分析各系统卫星轨道误差对钟差估计的影响，基于距离函数线性化二阶残余项的思想，提出了一种顾及轨道误差的权函数模型，以优化实时卫星钟差估计策略。利用全球均匀分布的IGS和iGMAS跟踪站的实时观测数据进行实验，并与GBM的事后精密钟差进行对比分析。结果表明： GPS精度提高率为6.47%，BDS精度提高率为6.46%，GLONASS精度提高率为7.42%，Galileo精度提高率为7.62%。     

一种顾及轨道误差的实时GPS钟差估计方法

为了提高实时卫星钟差估计的精度和稳定性，提出了一种顾及轨道误差的实时GPS钟差估计方法。基于超快速轨道产品，分析了轨道标准差与绝对轨道误差的相关性。通过线性插值获得实时轨道误差信息，以优化先验残差的随机模型。基于先验轨道标准差阈值，采用分段方式剔除实时轨道异常卫星对应的观测值。实验结果表明：轨道标准差和轨道误差的相关性高达0.82。与常用的高度角相关的随机模型相比，GPS卫星钟差估计精度最大提高了15.2%，平均提高了8.1%，钟差误差的时间序列更加平稳，所有GPS卫星的平均钟差STD均在0.15ns以内。因此，超快速轨道产品中提供的轨道标准差与绝对轨道误差表现出较强相关。采用顾及轨道误差的实时钟差估计方法可提高GPS卫星钟差估计精度，准确识别并剔除GPS实时轨道异常的卫星，从而提高GPS实时钟差估计的稳定性。     

北斗实时精密轨道和钟差产品解算策略及精度评定

随着北斗卫星导航系统全球星座部署即将完成，其应用领域不断扩大，实时精密服务性能受到了极大关注。基于动力学精密定轨方法，设计了北斗卫星实时轨道、钟差算法流程和解算策略。利用不同频点信号，分别计算了BDS-2和BDS-3卫星的实时精密轨道和钟差，建立了完整的轨道和钟差精度评定方法，重点对解算的实时产品的精度进行了评定。结果表明：BDS-2和BDS-3实时精密轨道和钟差产品精度均可满足大部分实时用户的需求。对于B1IB3I频点，BDS-3 MEO卫星的实时轨道精度约为26cm，径向精度约为6cm，实时钟差精度约为0.45ns，且相较于BDS-2，性能更加稳定；对于B1CB2a频点，BDS-3 MEO卫星的实时轨道精度优于20cm，精度和稳定性较高。     

GNSS接收机时间管理模型的设计与实现

为了满足卫星接收机对多个时间系统统一管理的需求,设计了一种适用于多系统GNSS接收机的时间管理模型,用于维持和处理接收机内部时间.详述了接收机时间初始化、维持、钟差估计的方法与修正策略.基于DSP6671平台对模型进行了实验验证,并分析了不同定位模式下的钟差变化特性,以及两种钟差调整策略对伪距、载波相位的非差和双差的影响.实验结果表明:该模型可通过两种方式修正接收机钟差,且对双差载波相位观测值不产生影响;能有效估计出顾及接收机端硬件时延的钟差.实验中,GPS、GLONASS和BDS三种模式下的钟差均值分别为-30.7ns、-72.6ns和-109.1ns.     

基于BDS-2/BDS-3联合处理的北斗超快速钟差预报优化策略

针对北斗卫星导航系统(BDS)钟差预报产品无法满足高精度快速服务需求的现状，提出了一种基于BDS-2/BDS-3联合估计的超快速卫星钟差预报优化策略。区别于传统两步法预报模型，利用稀疏建模方法一步求解所有模型项，并通过BDS-2/BDS-3星间相关性实现了模型系数解的增强；为进一步降低模型残差的影响，基于残差序列时空相关性，利用半变异函数重构了模型估计的权阵。为验证提出的钟差预报模型，设计了12套对比方案，实验结果表明：基于稀疏建模的钟差模型参数一步估计可略微提高钟差预报精度；通过引入星间相关性对随机模型进行精化，钟差序列一步建模可分别将BDS-2与BDS-3卫星钟差18h预报精度提升28.6%与27.2%；基于半变异函数建模的模型残差相关性提取，可实现BDS-2与BDS-3预报钟差精度8.0%与11.1%的提升。因此，提出的优化策略对当前北斗超快速卫星钟差预报产品精化具有重要意义。     

一种导航卫星频率控制量精密确定方法

提出了一种通过提取导航卫星主备钟差信息进行卫星频率控制量精密确定的方法。在导航卫星的卫星钟发生器中,将主备份卫星钟之间的频率差以相位差的形式表示,作为卫星的监测信息,通过无线通道下行发射,地面接收机解调监测信息后,进行数据处理,获得卫星钟实时频率调整的变化量。与以往的方法相比,本文提出的方法简单,不需要时频测试设备,所确定的频率控制量的精度高,可以满足导航卫星工程需求。     

GPS/GLONASS/GALILEO实时服务（RTS）产品性能评估分析

目前,不同机构提供的GNSS实时服务产品性能存在差异。为了全面揭示实时服务产品的性能，为系统服务和用户应用提供参考，统计了各实时服务产品的历元完整率及卫星数量，基于实时轨道和钟差恢复方法，比较分析了产品精度，并评估了产品定位性能。研究结果表明：正常情况下，实时服务产品的历元完整率较高，基本可保持在95%以上，所提供系统的卫星数量保持稳定且充足。对于GPS，各机构卫星实时轨道平均精度基本一致，约为3cm，实时钟差精度略有差别。对于其他GNSS，不同机构产品精度存在差别。利用实时服务产品进行GPS实时精密单点定位的平面精度优于10cm，高程精度优于20cm。相对于GPS单系统，多系统联合定位精度基本一致，但收敛速度明显提升。     

北斗空间信号误差统计特征及描述方法研究

通过对比北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)广播星历与事后精密星历,提取了轨道和卫星时钟误差。基于北斗轨道误差及北斗卫星时钟误差统计特征分析,构建区别于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的BDS空间信号用户测距误差(Signal-In-Space User Range Error,SISRE)描述方法,对BDS广播星历中用户测距精度(User Range Accuracy,URA)进行了验证。6个月的北斗数据测试结果表明,北斗GEO、IGSO和MEO卫星的URA分别为3.0m、1.9m和1.6m。     

一种基于信道模拟的测速精度评估方法

为了评估单向多普勒测速动态测量精度,构建了一种基于卫星信道模拟器的测速精度评估系统,通过在卫星信道模拟器装订卫星飞行轨迹,利用卫星信道模拟器对上行信号加入传播时延、多普勒频率,对卫星在轨飞行状态下的单向多普勒测速进行场景仿真,并对场景仿真获取的测速数据进行O-C残差序列分析,得到动态测量条件下的测速精度。给出了O-C残差序列的计算方法,分析了单向多普勒测速体制下时钟偏差对测速结果的影响,并给出了一种简单的时钟误差修正方法。     

GNSS实时卫星钟差估计在地震监测中的应用

为快速、有效地获取地震发生阶段震源周边地区站点的动态位移，为地震预警系统提供高可靠性的地表形变信息，利用全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）高频观测数据，基于非差估计法对多模GNSS卫星钟差进行实时估计及性能分析，并将其应用于精密单点定位（precise point positioning, PPP）实时计算2021年漾濞Mw6.4地震和玛多Mw 7.4地震的地面动态形变。结果表明,GNSS四系统实时估计卫星钟差的标准差（standard deviation, STD）均值为0.142 ns，其多系统组合PPP动态解的平均标准差在水平方向达到0.5 cm，高程方向达到1.0 cm，计算得到的地震动态位移波形相对GPS单系统更为稳定，而且能够获得较为准确的同震形变。     

基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波在北斗单向授时中的应用

为了提高北斗单向授时的授时精度，提出了一种基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波单向授时方法。将“当前”统计模型应用于接收机时钟频率漂移的建模以建立状态方程，使用经过卡尔曼滤波后的钟差和钟速对本地时钟进行修正。实验结果表明，在选取合适的机动频率和最大频率漂移的情况下，相比于未滤波修正，温补晶振时钟的峰峰值最多可以减小36.7%，标准差最多可以减小42.5%；恒温晶振时钟的峰峰值最多可以减小71.8%，标准差最多可以减小67.0%。基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波单向授时方法，可以有效地降低观测量的误差与噪声对于接收机钟差与钟速的影响，从而提高授时精度。