GPS共视法时间同步试验

在介绍接收GPS(导航星全球定位系统)时频信息,进行远距离时间同步的基本原理和方法之后,着重分析了国内首次 GPS 共视法时间同步实验的结果和搬运钟验证的结果。实验取得了上千公里两地钟 GPS 共视同步误差优于 13ns、单站单星连续测量15分钟不确定度小于15ns、搬运钟验证符合程度优于80ns 的好成绩。     

弹道导弹的捷联惯性/天文组合导航方法

针对传统的捷联惯性/天文(SINS/CNS)组合导航系统不能精确估计加速度计偏置而导致导航误差发散的问题,提出一种基于星光折射间接敏感地平的捷联惯性/天文(SINS/RCNS)组合导航方法。利用星敏感器测量星光折射角,结合大气折射模型得到的折射视高度来抑制位置误差的发散。推导了基于星光折射新的量测方程,分析了折射星数目与导航精度的关系,当使用多颗折射星时能够精确估计加速计偏置,从而能够完全抑制位置误差的发散,并对系统进行可观测性分析。通过卡尔曼滤波实现了状态估计。仿真结果表明:本文方法的导航精度优于传统方法,有效抑制了位置误差的发散,验证了本文方法的有效性。     

地外探测设备多传感器硬件时间同步方法研究

地外探测对多传感器数据同步采集有极高需求,针对地外环境无法接收到全球定位系统(GPS)信号的问题,提出一种面向无GPS授时的多传感器硬件时间同步方法.以嵌入式单片机系统(MCU)为核心设计高精度时间同步硬件框架,综合运用模拟GPS授时、秒脉冲(PPS)校时和脉冲触发结合的方法,分别对多路相机、惯性测量单元(IMU)和激光雷达进行数据采集同步,在上位机实现时间戳和数据的精确匹配.并搭建硬件平台,设计验证方案,实验测试同步误差.实验结果表明,该时间同步方法可实现传感器数据同步采集,同步精度约2 ms.相比现有地外探测设备,同步精度显著提高,对下一代地外探测设备数据同步采集、实现自主导航与避障有一定借鉴意义.     

基于STK的GPS/LEO无线电掩星技术仿真研究

GPS/LEO无线电掩星技术反演地球大气参数剖面已经具有较高的精度. 国外开展了多个GPS/LEO掩星项目, 但中国还尚未深入进行相关的实验, 这制约了中国掩星技术的发展. 本文提出基于STK进行GPS/LEO掩星技术研究的方法; 根据GPS/LEO掩星的原理, 推导出掩星事件发生的条件和掩星切点的计算公式; 利用STK对掩星过程进行模拟, 得到掩星数据. 在大气球对称假设和大气模型已知的条件下, 反演得到中性大气折射指数. 通过比较模型和反演数据, 表明反演数据精度较高, 验证了利用STK模拟GPS/LEO掩星实验方法的可行性.      

GPS 时间同步技术及其在航天领域的应用前景

导航星全球定位系统(简称 GPS)是一项全新的卫星导航定位的高技术工程,是全球可共享的技术资源。它具有全球覆盖、全天候工作、全天24小时连续而实时地为无限多个用户提供高精度七维(三维位置、三维速度和时间)信息的能力。实时定位精度可达10m 以内,事后处理的定位精度可达1m 左右。测速精度可达0.1—0.01m/s。时间传递和时间同步精度可达10—1ns(10~(-9)s).本文简要介绍了 GPS 的概况和国内外开发研究的动态。着重就 GPS 时间传递的原理、力法和误差做了较深入的分析和论证。报道了国内首次 GPS 共视法时间同步大型试验的情况和取得的结果。最后,作者专门论述了 GPS 技术在航天领域的应用前景。     

GPS定时校频应用技术的基础研究

针对利用GPS进行定时校频技术开展了一系列的应用基础研究,包括GPS定时校频的方法及其不确定度、定时校频数据的处理等。在给出实验结果的同时,对影响GPS定时精度的各种因素(包括SA影响)进行了讨论;同时对提高GPS定时精度的途径作了初步探讨。     

短基线高准确度时间传递研究

为了实现守时系统与授时系统的高准确度时间同步,通过搬运钟法对微波时间传输系统的可测量时延部分进行准确测量,应用测量结果对微波时间传输系统进行校准,将GPS共视比对结果与微波时间传输系统的单、双向比对结果进行分析研究,并用BIPM(BUREAU INTERNATIONAL DES POIDS ET MESURES)给出的结果进行验证,得出两种不同时间同步方法的同步误差和两种不同方法产生误差的主要原因,给出了两种不同方法在时间统一系统中的的最佳应用模式。     

国内首次GPS共视法时间同步试验

航天部无线电计最测试研究所和国内四个单位合作于1987年7月在北京、西安、临潼三站之间,利用导航星全球定位系统(GPS)C/A 码信息进行了共视法时间同步试验。试验期间每天共视接收导航星3、6、8、9、10、11(即 SV 6、9、11、13、12、     

高动态GPS/SINS 组合导航系统的时间同步方法

高动态环境下GPS/SINS 组合导航系统的同步误差源均被不同程度地放大, 严重影响了系统的组合性能. 给出了同步时间基准及记录GPS 通信延时的硬件设计思想. 在此基础上, 将GPS 与SINS 的时标差、SINS 的频标漂移及GPS 的通信延迟作为同步误差源, 采用软件处理方式完成对SINS 频标漂移的建模、量测信息的外推计算及GPS 通信延时的滤波补偿, 使系统的量测信息在每一个同步点上实现同步. 仿真结果验证了方法的有效性.      

利用GPS进行时间传递与频率比对

全面介绍了ＢＩＲＭＭ从１９８６～１９９２年间从事利用时间ＧＰＳ进行时间传递与频率比对技术研究方面的情况，包括所建立的ＣＰＳ定时校频系统、单站定时、ＳＡ对定时精度的影响、ＧＰＳ定时信号噪声模型、卡尔曼滤波、电离层时延估算、ＧＰＳ共视试验、ＣＰＳ校频、接收系统差测量等。     

利用星地差分GPS的地基测控系统实时标校方法

针对地基测控系统传统标校方法和基于差分GPS事后标校方法的不足，提出了一种基于低轨卫星与地面测控站之间星地差分GPS的地基测控系统测量误差实时标校方法。与基于差分GPS的事后标校相比，实时标校能使地基测控系统及时获取标校后的测量数据，从而实时进行轨道解算和预报，并及时上注以提升卫星运行性能。针对星地长基线、高动态和实时标校场景，系统地分析了影响星地基线估计性能的各项误差及修正效果，并提出相对位置精度因子的概念，由此得到星地基线估计精度预算。采用基于抗差自适应卡尔曼滤波的实时星地基线估计算法，并利用加权最小二乘法求解测控系统测量误差，从而获得校准结果。利用星载双频GPS接收机和导航信号模拟器构建半实物仿真平台，仿真结果表明，实时标校后测距系统误差残差降低到40cm左右，测速系统误差残差降低到1cm/s以下，与理论分析结果一致，可以较好地满足未来航天任务的测控需求。     

灰色模型在卫星钟差预报中的缺陷分析

卫星钟差预报是时间同步的关键技术之一,方法繁多。针对灰色模型在卫星钟差预报中的应用,以GPS Rb钟钟差预报为实例,从模型构造上分析了该模型在卫星钟差预报中存在的缺陷,有利于该模型的改进和完善。     

多通道GPS共视法时频传递接收机的研制

GPS共视法是国际上流行的远距离时间频率传递技术,核心是共视法接收机。我们成功研制了多通道GPS共视法时频传递接收机系统,硬件部分主要由自主研制的高精度时间间隔计数器和Motorola生产的VPONCORE GPS引擎组成,软件符合时间频率咨询委员会(CCTF)发布的GPS共视法数据处理软件标准化指南的要求,与单通道GPS定时接收机相比,界面更友好,操作更方便,具有很强的分析处理数据功能。经测试证明多通道GPS接收机零基线共钟共视时间比对的不确定度小于4 ns(仰角40°),与国外报道基本相同。     

Quality variation of GPS satellite clocks on-orbit using IGS clock products

Over 60% clocks on board of the GPS satellites are working longer than their designed life. Therefore realizing their stabilities in a long time scales is essential to GPS navigation and positioning plus IGS time scale maintaining. IGS clock products from 2001 to 2010 are used to analyze the GPS satellite clock qualities such as frequency stabilities and clock noise level. We find out that for the clocks of Block IIA satellites the frequency stabilities and clock noise are 10 times worse than that of the Block IIR and IIR-M satellites. Moreover, the linear relationships between frequency stabilities and clock residuals have been deduced with an accuracy of better than 0.02 ns. Specially, it is noticed that the clock of the PRN27 is instable and the relationship between the frequency stability and residuals is at least a quadratic curve. Therefore, we suggested that GPS satellite clocks should be weighted by their quality levels in application, and the observations of the Block IIA should not be used for real-time positioning which required precision better than one meter.     

星载GPS几何法实时定轨有关问题的研究

首先讨论了星载GPS几何法实时定轨的绝对定位方法和各种差分技术。由于伪距差技术能克服GPS卫星的星历误差、卫星钟误差，特别是SA误差的影响，而且实现难度不大，所以应用它来实时定轨。实测数据的处理表明，它能明显提高定轨的精度。然后分析了星载GPS所受扰动影响的情况，对应用抗差估计削弱GPS卫星信号扰动的影响进行了试验，试验的结果说明抗差估计能进一步提高星载GPS几何法定轨的精度。     

基于实时SSR数据的LEO卫星精密单点定位研究

对目前低轨卫星实时定位的方法进行了研究,现在通常采用GPS定位,使用广播星历和普通晶振,实时定位精度一般在10m以内,不能满足高精度实时定位的需求。IGS组织在全球范围内对GPS跟踪分析,生成精密星历、精密钟差产品、按SSR格式的广播星历和钟差修正产品并在网上发布。对这些IGS产品进行了调查,提出在现有测控支持情况下,可以通过高密度上注SSR信息流实现在轨高精度定位。以某型号低轨微小卫星在轨导航增强载荷为应用背景,用IGS03产品中的1057和1058数据对双频GPS接收机的星历和钟差进行修正,采用递推最小二乘估计和LAMDA模糊度固定过对载波相位和伪距信息进行处理,在短时间内获得亚米级定位结果。     

GNSS geodetic techniques for time and frequency transfer applications

We performed an initial analysis of the pseudorange data of the GIOVE-B satellite, one of the two experimental Galileo satellites currently in operation, for time transfer.¹ For this specific aim, software was developed to process the GIOVE-B raw pseudoranges and broadcast navigation messages collected by the Galileo Experimental Sensor Stations (GESS) tracking network, yielding station clock phase errors with respect to the Experimental Galileo System Time (EGST). The software also allows processing the Global Positioning System (GPS) P1 and P2 pseudorange data with broadcast navigation message collected at the same stations to obtain the station clock phase errors with respect to the GPS system time (GPST). Differencing these solutions between stations provides two independent means of GNSS time transfer. We compared these time transfer results with Precise Point Positioning (PPP) method applied to GPS data in combined carrier-phase and pseudorange mode as well as in pseudorange-only mode to show their relative merits. The PPP solutions in combined carrier-phase and pseudorange mode showed the least instability of the methods tested herein at all scales, at few parts in 10¹⁵ at 1 day for the stations processed, following a tau^−½ interval dependency. Conversely, the PPP solutions in pseudorange-only mode are an order of magnitude worst (few parts in 10¹⁴ at 1 day for the stations processed) following a tau⁻¹ power-law, but slightly better than the single-satellite raw GPS time transfer solutions obtained using the developed software, since the PPP least-squares solution effectively averages the pseudorange noise. The pseudorange noise levels estimated from PPP pseudorange residuals and from clock solution comparisons are largely consistent, providing a validation of our software operation. The raw GIOVE-B time transfer, as implemented in this work, proves to be slightly better than single-satellite raw GPS satellite time transfer, at least in the medium term. However, one of the processed stations shows a combined GPS P1 and P2 pseudorange noise level at 2 m, a factor 2 worst than usually seen for geodetic receivers, so the GPS time transfer results may not be at their best for the cases processed. Over the short term, the GPS single-satellite time transfer instability outperforms the GIOVE-B by an order of magnitude at 1 s interval, which would be due to the different characteristics of the tracking loop filters for GPS P1 and P2 on one hand and the GIOVE-B signals on the other. Even at this preliminary stage and using an experimental satellite system, results show that the GIOVE-B (and hence Galileo) signals offer interesting perspectives for high precision time transfer between metrological laboratories.     

基于FPGA与TDC的GPS-铷钟时间同步系统

描述了一种高精度的GPS-铷钟时间频率同步系统,系统输出标准10MHz频率,同时输出高精度的1PPS同步时间信号,在GPS信号驯服下系统同步精度可达到7.2ns,输出频率准确度优于1E-12。论文阐述了系统的原理,给出了测试数据,结果表明,系统指标满足工程应用要求。     

Design and experiment of onboard laser time transfer in Chinese Beidou navigation satellites

High-precision time synchronization between satellites and ground stations plays the vital role in satellite navigation system. Laser time transfer (LTT) technology is widely recognized as the highest accuracy way to achieve time synchronization derived from satellite laser ranging (SLR) technology. Onboard LTT payload has been designed and developed by Shanghai Astronomical Observatory, and successfully applied to Chinese Beidou navigation satellites. By using the SLR system, with strictly controlling laser firing time and developing LTT data processing system on ground, the high precise onboard laser time transfer experiment has been first performed for satellite navigation system in the world. The clock difference and relative frequency difference between the ground hydrogen maser and space rubidium clocks have been obtained, with the precision of approximately 300 ps and relative frequency stability of 10E−14. This article describes the development of onboard LTT payload, introduces the principle, system composition, applications and LTT measuring results for Chinese satellite navigation system.     

用铷原子钟对PC进行时间校准及其误差分析

个人计算机（以下简称PC）的系统时间由其自带的RTC晶振提供,其时间频率准确度并不高。为此,综合考虑各种方案,采用外部校准时间的方法提高PC时间的准确度。通过时间间隔测量的方法获得了作为校准时间结果的钟差值,并对实验结果做了详细分析。测试结果表明,PC与铷钟同步标准偏差小于1ms。经过时间校准后的PC可以作为网络时间服务器。