基于星间链路的导航卫星时间自主恢复策略

基于北斗导航卫星星间链路的测距与数传功能，针对自主导航时卫星时频子系统异常导致载荷系统断电重启的情况，提出了一种基于星载计算机自主计时及星间链路误差校正的策略.在载荷系统重启时间内，利用星载计算机守时，并通过十秒稳定度预报晶振频率漂移量的方法，维持星钟在重启时间内的稳定.载荷系统重启后，星载计算机授时给导航任务处理机，通过误差分析计算出总误差.该误差在星间链路建链误差允许范围内，然后通过星间链路对星钟误差进行校正恢复，重新实现星地时间同步.      

GPS导航电文参数表示的测距误差分析

针对在GPS现代化进程中将出现的新的CNAV/CNAV-2导航电文格式,比较了目前发播的GPS NAV导航电文与新电文在数据表达方式上的差别.为了衡量不同的数据截断方式对于导航定位的影响,引用导航数据截断测距误差的概念进行分析.利用实际的导航数据对于两种电文结构进行了仿真生成、处理,比较星历/星钟参数截断带来的测距误差影响.结果表明:相比于NAV电文,CNAV/CNAV-2由于截断所造成的测距误差更小,NAV电文对截断误差更敏感.其中星历参数截断的测距误差改善可达厘米级,星钟参数截断的测距误差改善可达分米级.因此,在带宽有限的条件下应优先考虑提高星钟参数的表示精度.改进星钟参数的表达形式可望获得更高的精度提升.     

GPS授时校频方法研究与试验结果

为了解决多目标综合测量系统各测站之间时间同步和频率校准问题,提出了利用GPS(Global Positioning System)单星或多星共视方法进行站间时间同步与校频,给出了这两种方法的计算公式,分析了星历误差、星钟误差、电离层折射误差、对流层折射误差、多径效应和接收机硬件延迟对时间同步精度的影响.为了验证GPS授时校频精度,进行了相关试验.通过与铯原子钟比对,表明利用GPS可实现纳秒级时间同步,校频精度也优于5.0×10-11,多星共视具有更高的同步校频精度.      

国外导航卫星星载原子钟技术发展概况

卫星导航系统精确导航定位的关键在于高精度、高稳定性的星载原子钟.星载原子钟作为导航信号生成和系统测距的星上时间基准,为导航系统提供精确稳定的频率源,是卫星导航系统有效载荷的核心部分,其性能直接决定用户的导航定位精度.     

改善铷原子钟物理部分温度系数的研究

铷原子钟的温度系数是决定其长期频率稳定度的关键因素,物理部分的温度系数又是铷原子钟温度系数的重要组成部分.为了改善物理部分的温度系数,在理论分析的基础上开展了试验研究,结果表明:提出的改善物理部分温度系数的措施是有效的.这对于进一步提高星载铷原子钟频率稳定度具有积极作用.     

GLONASS接收机频率合成器的设计与实现

根据GLONASS系统的频率计划和GLONASS接收机的特定结构,提出用变化钟频法实现GLONASS接收机的前端.对相应的前端频率合成器部分提出了具体要求,并给出了基于集成频率锁相环的频率合成器的设计与实现.讨论了固有合成频率偏差的来源和消除办法.分析了频率合成器的性能指标.实验表明,该合成器稳定性好,精度高,能够满足GLONASS实验样机的要求.      

雷达改善因子与相位噪声及阿伦方差之间的关系

由于电子对抗技术的发展 ,对雷达提出越来越高的要求。雷达工作时经常会遇到来自致周围环境的有源或无源干扰 ;现代雷达应该具备抗各种有源和无源干扰的能力 ,作为雷达核心的频率源既要具备频率捷变能力 ,又要具备很高的频率稳定性。从而促进现代雷达频率源向着捷变频、低相噪方向发展 ,重点分析频率源的技术指标对雷达改善因子影响。     

振动状态下频率源特性测试技术研究

阐述了频率稳定性时频域表征的理论和测试方法,以及在振动条件下测量频率稳定性的意义,详细介绍了测量系统的组建方案及工作原理.最后提供了部分测试数据及测试曲线,并对测试系统的经济效益和社会效益进行了简单分析.该测试系统具有噪底低,体积小,便于携带,操作简便等特点,其综合技术指标达到国内领先水平,不仅适用于振动状态下的频率源特性测试,而且完全可以作为通用测试系统用于实验室、工厂等.     

利用调制域分析仪实现频率稳定性的测量

介绍了时域频率稳定性常用的测量方法 ,并重点介绍了利用调制域分析仪实现时域频率稳定性的测量方法。这种测量方法可以实现时域频率稳定性的无间隔测量 ,消除了原有测量系统 (HP5 390A频稳分析仪 )中由于有间隔取样而对测量结果造成的影响     

氢钟在守时钟组配置中的应用研究

氢钟因其良好的低噪声特性,被广泛应用于高精度时间/ 频率测量和比对。对于物理信号噪声特性要求较高的时间实验室,氢钟已经成为守时钟组不可或缺的频率源。然而由于物理结构和工作方式等多方面的原因,氢钟具有明显的频率漂移特性,此外氢钟的价格较铯钟更为昂贵,因此氢钟的数量成为守时钟组配置中急需解决的核心问题。本文首先分析了氢钟在守时钟组配置中的必要性,然后通过建立守时钟组优化配置数学模型,利用多个时间实验室的原子钟数据资料,采用统计学的方法,提出守时钟组的多种配置方式。并通过分析比较不同配置方式下的守时钟组性能,提出稳定度一定的条件下,中小型时间实验室的守时钟组最优配置方案。     

导航卫星原子钟舱温度控制方法及其验证

原子钟是导航卫星的重要组成部分,可为卫星系统提供高准确及高稳定度的时间频率源.原子钟工作性能与环境温度变化密切相关,为保证其在轨连续、稳定运行,热控系统需为其提供良好的工作温度环境.本文以某导航卫星原子钟舱温度控制为研究内容,给出原子钟舱热控设计方案、控制算法,并进行仿真分析和试验验证.在轨遥测数据表明,卫星原子钟舱热控方案和控制算法设计合理,仿真分析及试验结果有效,各原子钟在轨工作温度满足要求,原子钟温度稳定度满足并优于设计指标近一个数量级.     

星地激光时间比对在卫星导航系统中的应用

星地精密激光时间比对具有精度高、系统误差少等优点,因此利用星地精密激光时间比对,不但可以对无线电时间比对进行外部精度检验,而且可以检验并分离无线电伪距测量的系统误差,分析检测设备时延的不稳定性和卫星钟的中短期性能指标,提高卫星钟差的预报精度。     

Switching and performance variations of on-orbit BDS satellite clocks

The information of the satellite clock switching and performance variations on-orbit of Chinese BeiDou-2 Navigation System (BDS) is not available for the public. In order to detect the BDS satellite clock switching and performances variation, we analyzed the precise clock offset products with a total duration of 5?years every BDS satellite equipped four atomic clocks from four different manufactures from January 2013 to October 2017. Three important contributions are concluded as follows. (1) It is found that the average time of on-orbit operation for BDS satellite clocks is about 1–2?years. There have been 22 times of clock switching for BDS satellites, of which the C05 and C08 satellites have been switched to the fourth (last) atomic clock. (2) There are frequent phase adjustments for BDS on-orbit satellite clocks, and the frequency series is relatively stable. Furthermore, there are semi-annual sinusoid cycles in the frequency drift series of C06 and C09 satellites. (3) The performances of MEO satellite clocks perform better than the IGSO and GEO satellite clocks. The average ten-thousand frequency stability of BDS satellite clocks is about 1E-13, which is worse than that of GPS and Galileo but better than that of GLONASS.     

不连续观测数据对计算的原子钟稳定度影响研究

为评估原子钟稳定度,通常采用连续的、均匀的采样数据计算阿伦方差或哈达玛方差。在实际工程计算中,由于观测粗差剔除、测量仪器中断、卫星不可见等原因,经常导致原子钟的观测数据在时间上不连续,给原子钟稳定度评估带来影响。文中比较了不连续观测数据的几种常用处理方法,包括线性插值补齐、B样条插值补齐、不插值直接计算哈达玛方差等方法,分析了各处理方法对阿伦方差和哈达玛方差的计算影响,研究中断数据长度与稳定度评估的影响关系。采用的氢钟观测数据,对不连续观测数据的影响和处理效果进行统计和分析,将稳定度计算结果、计算精度损失比与理论分析进行对照和检验,得出了有益的结论。     

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.     

卫星铷钟自动控温系统仿真平台的设计与实现

卫星上的铷钟对环境温度要求非常苛刻,需要采用自动控温系统严格控制工作环境的温度,该系统上星前必须经过大量的试验和仿真,验证卫星上铷钟热控系统的软硬件功能和性能是否达到设计要求。基于CPCI(Compact Peripheral Component Interconnect)计算机的卫星铷钟自动控温系统仿真平台,是在不具备铷钟热控试验需要的真空、绝热条件下,模拟铷钟在卫星上工作时温度变化引起的参数变化,并检测卫星铷钟自动控温系统由于参数变化所引起的相应的控制量变化,从而验证系统的性能。     

BeiDou-3 orbit and clock quality of the IGS Multi-GNSS Pilot Project

Within the Multi-GNSS Pilot Project (MGEX) of the International GNSS Service (IGS), precise orbit and clock products for the BeiDou-3 global navigation satellite system (BDS-3) are routinely generated by a total of five analysis centers. The processing standards and specific properties of the individual products are reviewed and the BDS-3 orbit and clock product performance is assessed through direct inter-comparison, satellite laser ranging (SLR) residuals, clock stability analysis, and precise point positioning solutions. The orbit consistency evaluated by the signal-in-space range error is on the level of 4–8 cm for the medium Earth orbit satellites whereas SLR residuals have RMS values between 3 and 9 cm. The clock analysis reveals sytematic effects related to the elevation of the Sun above the orbital plane for all ACs pointing to deficiencies in solar radiation pressure modeling. Nevertheless, precise point positioning with the BDS-3 MGEX orbit and clock products results in 3D RMS values between 7 and 8 mm.     

基于Kalman滤波器的卫星钟实时异常监测算法

基于卫星钟钟差的Kalman滤波器模型,提出了一种卫星钟实时异常监测算法,对算法原理进行了讨论,并利用IGS精密钟差数据,对算法进行了性能验证。结果表明：该算法对卫星钟的异常情况（包括单点相位跳变与连续相位跳变）可以进行有效监测,同时还可以完成异常数据的剔除与替换,并且具有较小的替换误差。该算法具有显著的实时性,可以应用于星载原子钟的实时异常监测中。     

精密GPS卫星钟差的改正和应用

分析了GPS卫生钟差的变化特性，探讨了利用GPS地面跟踪站的观测数据估算GPS卫星钟差的可行性，建立了相应的算法和软件系统，并把由地面跟踪站的实测数据估算的卫星钟差用于星载GPS定轨计算，得到优于1m的定轨精度。