卫星与测站钟差支持条件下的GEO卫星精密定轨

在基于伪距的GEO卫星精密定轨中, GEO卫星的静地特性导致定轨解算无法对星地组合钟差进行有效估计, 需要独立的时间同步支持. 本文讨论了卫星和测站钟差支持条件下的GEO卫星定轨原理, 利用仿真数据系统地分析了中国区域网跟踪条件下GEO卫星的定轨精度, 从定性和定量角度分析了钟差二次项、星地时间同步精度、站间时间同步精度及系统差等因素对定轨精度的影响.      

基于伪距和观测量的地球同步卫星动力学定轨研究

利用伪距和观测量对同步卫星进行了动力学定轨的研究，给出了伪距和观测量的测量方程和修正方法，采用国内4个监测站的模拟数据进行了仿真计算．结果表明，采用7天弧长伪距和数据进行轨道改进及轨道外推的精度，与5天弧长数据的计算结果相当，但远优于3天数据的计算结果．在观测随机误差为3m时，7天弧长数据定轨精度约为5m，预报7天径向精度优于20m．     

双向卫星时间与频率传递温度效应

卫星双向时间与频率传递是高精度的时间比对,外界环境的变化将会影响到比对精度,温度的影响更是不可忽视[1]。以NTSC(国家授时中心)台站与NICT(日本国家情报与通信技术研究所)台站几年来的数据为基础,讨论了双向比对结果与环境温度的相关性。在温度超过12℃时,两站的时间差与环境温度成正比例关系;温度低于12℃时,两站的时间差成反比例关系。证实了对上、下变频器以及低噪放大器采取恒温措施的必要性。     

新一代卫星导航信号测量性能分析

导航信号的测量性能最终影响系统定位、测速、授时等服务精度, 是系统顶层设计的重要论证内容之一. 结合COMPASS系统新一代卫星导航信号体制框架设计, 分析了各种应用条件下的伪距、载波相位和多普勒测量精度, 并以典型设计参数为例进行了数值计算. 结果表明, 在接收机典型设计参数和工作条件下, 各信号分量均能够实现0.1m的伪距测量精度、0.006周的载波相位测量精度以及0.005m·s-1的多普勒测量精度. 首次给出的针对新信号体制各项测量性能的研究结果可为卫星导航系统信号体制设计、 导航接收机关键参数设计以及卫星导航系统用户测距误差预算等顶层设计提供参考.      

基于伪距差分增强的分布式节点时间同步方法

传统时频同步方法维持分布式节点之间同步的精度较高，但并不适用于空间非接触节点的时频同步问题.本文提出一种基于伪距差分增强的时间同步方法，给出了系统原理和基本组成，运用总体最小二乘法解算分布式节点的先验钟差信息，并利用卡尔曼滤波构建了主从节点间的时间同步算法模型.仿真校验与结果分析显示，相比独立GPS授时同步，本文提出的系统同步算法能够提高空间分布式节点同步精度，在基线距离平均为25km的条件下，可将节点同步精度控制在亚纳秒量级.      

基于GPS对地球同步轨道自动转移飞行器进行导航的可行性分析

研究利用GPS对地球同步轨道自动转移飞行器进行导航的方法,分析了飞行器在转移过程中可用的GPS卫星数目,在地心惯性坐标系下建立了惯导误差和GPS的伪距、伪距变率模型,采用渐消因子的自适应卡尔曼滤波对飞行器进行组合导航.仿真结果表明,可用GPS卫星的数目随着飞行器高度的增高而减少,因此无法利用单一历元观测信息直接对飞行器导航.但采用多历元观测信息和动力学模型相结合的滤波方法可对飞行器进行组合导航,当飞行器初始位置偏差为1 km,初始速度偏差为1 m/s,伪距及伪距变率观测均方差分别为10 m和0.05 m/s时,地球同步轨道自动转移飞行器的最终位置偏差小于50 m,速度偏差小于0.02 m/s.      

伪距波动原因中的星体多径因素排除

针对卫星可视弧段内伪距测量异常波动现象，从信号质量监测角度研究了卫星可视弧段内导航信号测距偏差变化问题，确认伪距波动是否由星体多径引起.利用大口径天线跟踪北斗卫星，采用两套采集设备实现了卫星可视弧段内的B1频点信号多次高载噪比采集，根据基于参考波形的测距偏差估计方法分别处理多组采集数据，获得了不同仰角上的测距偏差.在一个仰角下的采集数据，当滤波器带宽远远大于信号带宽时，采样率与下变频器均不同的两套采集设备获得的测距偏差相同，且测距偏差均与相关间距及滤波器带宽有关，但当滤波器带宽超过15MHz后，测距偏差的差异可以忽略.比较不同仰角下的测距偏差，在卫星可视弧段内测距偏差变化很小，因此认为星体多径引起卫星可视弧段内信号质量的变化不是伪距测量异常波动的原因.      

卫星双向时间传递调制解调器跟踪环路设计CSCD

精密跟踪技术是高精度伪码测距系统中的关键技术,根据卫星双向时间比对调制解调器的工作特点,对解调器的跟踪环路进行了研究,并利用Matlab进行环路设计与仿真,分析了不同载噪比、不同环路带宽条件下跟踪环路的性能;根据软件仿真结果,在DSP+FPGA硬件平台上加以实现,给出测试结果,并最终应用到自主开发的卫星双向时间比对调制解调器上,测量不确定度优于1ns。     

USB观测数据时标偏差影响分析与评估

USB系统是目前中国载人航天和月球探测任务的主要测控网.由于USB测量设备本身以及无线电信号传播媒介以及其他误差因素的影响,USB测量数据中包含了各种误差,需要在定轨时对观测数据进行误差修正.通常,例行的USB测量误差修正包括对流层折射修正、电离层延迟修正和通道延迟修正,但对定轨过程中可能影响观测数据计算精度的时标偏差并未作修正.针对USB测距测速观测数据,详细研究了观测数据时标偏差对观测值计算精度的影响,分析了误差影响特性,建立了相应的误差修正模型,并通过与卫星星历偏差对USB测距测速观测值计算精度影响特征的比较,发现时标偏差对测量的影响与轨道沿迹误差对观测计算值的影响等效,这使得在定轨过程中分离时标偏差的难度较大.提出了基于星载GPS定位数据分离时标偏差的方法,并利用某次任务的实测数据,分离出了该次任务中USB测量的时标偏差.最后针对目前USB数据时标偏差影响和观测误差量级相当的情况,建议将目前的观测时标精度提高到优于0.1ms的水平,使得时标偏差的影响降低到比观测误差小一个量级的水平.     

基于移动站的转发式地面站设备时延标校方法

在转发式卫星测定轨系统中,基于伪码测距原理的星地距离测量是实现卫星精密定轨和高精度时间比对的基础。为获得高精度的星地距离,需要将地面站设备时延从伪码测距值中精确扣除。在转发式卫星测轨原理的基础上,提出了基于移动站的转发式地面站设备时延标校方法,实现了对转发式地面站设备时延的标校,标校精度能够优于0.5ns,对提高转发式卫星定轨精度和卫星双向时间比对精度具有重要作用。     

Early analysis of precise orbit and clock offset determination for the satellites of the global BeiDou-3 system

Eight new-generation BeiDou satellites (BeiDou-3) have been launched into Medium Earth Orbit (MEO), allowing for global coverage since March 2018, and they are equipped with new hydrogen atomic clocks and updated rubidium clocks. Firstly, we analyzed the signals for the carrier-to-noise-density ratio (C/N0) and pseudorange multipath (MP) by using international GNSS (Global Navigation Satellite System) Monitoring and Assessment System (iGMAS) station data, and found that B1C has a lower C/N0, and B2a has the same level of C/N0 as the B1I and B3I signals. For pseudorange multipath, compared with the BeiDou-2 satellites, the obvious systematic variation of MP scatters related to the elevation angle is greatly improved for the BeiDou-3 and BeiDou-3e satellites signals. For the signals of the BeiDou-3 satellites, the order of the Root Mean Square (RMS) values of multipath and noise is B3I?<?B1I?<?B2a?<?B1C. Then, the comparison of the precise orbit determination and clock offset determination for the BeiDou-2, BeiDou-3, and BeiDou-3 experimental (BeiDou-3e) satellites was done by using 10 stations from iGMAS. The 3D precision of the 24?h orbit overlap is 24.55, 25.61, and 23.35?cm for the BeiDou-3, BeiDou-3e, and BeiDou-2 satellites, respectively. BeiDou-3 satellite has a comparable precision to that of the BeiDou-2 satellite. For the precision of clock offset estimation, the Standard Deviation (STD) of the BeiDou-3 MEO satellite is 0.350?ns, which is an improvement of 0.042?ns over that of the BeiDou-2 MEO satellite. The stabilities of the BeiDou-3 and BeiDou-3e onboard clocks are better than those of BeiDou-2 by factors of 2.84 and 1.61 at an averaging time of 1000 and 10,000?s, respectively.     

广播电视卫星高精度时间传递

介绍一种利用我国广播电视卫星进行高精度时间传递的方案,建立多个卫星电视时间发播系统,利用广播电视卫星进行双向时间比对,实现远距离卫星地面站之间的时间同步。通过测量地面站到卫星之间的距离,可实时计算出卫星的坐标位置,用户根据接收到的时间及卫星位置信息,实施高精度定时。     

Three frequency GNSS navigation prospect demonstrated with semi-simulated data

Three frequency GNSS (Global Navigation Satellite Systems) signals will be fully accessible in the near future. It is theoretically well-understood that the GNSS navigation performance could be improved with introduction of the third frequency signals. However it remains unclear what numerical improvements can be achieved in the varying navigation scenarios. In this paper, we numerically demonstrate the superior navigation prospect of three frequency GNSS compared to dual-frequency case. Since the third frequency pseudorange is not fully accessible at current stage, a semi-simulation method is firstly introduced to generate the third frequency pseudorange based on the dual-frequency GPS pseudorange and phase measurements. Then the three frequency navigation precision, availability and reliability are examined, compared with their dual-frequency counterparts in varying simulated navigation scenarios. The results show that with three frequency GNSS signals the navigation precision can be improved by 10% in both horizontal and vertical components. More promisingly, the availability of navigation solutions is significantly improved (even by 50% for some scenarios) with higher reliability.     

星座区域导航性能和关键星分析

区域导航性能是评价星座导航能力的重要参数,从几何精度衰减因子(GDOP)出发提出了评价区域导航性能的指标:区域几何精度衰减因子标准差和区域几何精度衰减因子变化度。它们和区域平均几何精度衰减因子一起从不同的角度反映了星座的区域导航性能。针对不同的应用,可根据对应的指标确定区域导航的关键星。文中以Walker星座为例论述了依据这些指标选取星座导航关键星的方法。三个指标之间的相关性保证了大多数情况下关键星选取的一致性。     

起始点位置偏差对精密GPS差分定位影响的研究

从理论上讨论了起始点位置误差对ＧＰＳ基线解算精度的影响,并对实测资料进行了模拟计算,得到了与理论计算值相吻合的结果。指出：ＧＰＳ网中起始点的位置偏差不影响基线解的内部精度,但使ＧＰＳ基线解产生系统性偏差,偏差的大小与起始点位置偏差的大小成正比,与基线平均纬度的正切函数值成正比。文章最后,对在“ＳＡ”和“ＡＳ”技术影响下,进行高精度ＧＰＳ差分定位时,如何测定网中具有较高精度的ＷＧＳ８４坐标起始点问题,提出了建议。     

远地时钟比对数据消噪方法研究

远地时钟比对是利用不同实验室的原子钟建立综合原子时尺度的必要条件，因而实现远地时钟比对的高精度时间传递技术的噪声水平，成为影响原子时性能的主要因素之一。本文主要研究了基于EMD的低通滤波方法，及其在远地时钟比对数据消噪中的应用，并将该方法与Vondrak平滑方法进行比较。结果表明：基于EMD的低通滤波结果明显优于Vondrak平滑结果。