导航星全球定位系统(GPS)在计量测试中的应用

导航星全球定位系统(GPS)因其具有高精度及全球复盖的特点,同时其用户为无源的工作方式,使其成为一种新型的导航系统,但它是建立在精密测时基础上定位的,因而又很适于作高精密时间发布系统,使其将在计量测试特别是时间频率方面获得广泛的应用。本文主要介绍GPS系统在时间频率计量方面应用的基本原理及性能,同时将介绍美国主要的三个研究机构有关GPS应用研究的情况,文末将简介民用的前景。     

用导航星全球定位系统(GPS)第二阶段用户设备进行时间发布

导航星全球定位系统是用卫星建立的一种导航系统。它采用频谱扩展技术使用户能得到高精度的全球定位、速度和时间信息。这是用测量一组四颗卫星信号到达时间差的办法得到的。GPS 与其协调世界时(UTC)有确定关系,因此用户能够把 UTC 估算到亚微秒准确度。系统的关键性能是,GPS 用户设备(UE)对于 UE 参考钟和 GPS 时之间时差的估算能力。这种估算可通过精密控制硬件误差和计算误差来完成。因此,要求用户设备(UE)采用一种低相位噪声和可预报漂移特性的高质量石英晶振。在活动设施上实现精密守时是 GPS 用户设备装置的基本工作原理。该装置及其接收机利用导航星 GPS 空间部分供给的信息,向用户提供导航情报、GPS 时和对应的 UTC 数据。讨论了机械编排 GPS 用户设备装置守时功能程序的复杂性。讨论内容包括硬件和软件补偿技术。本文强调了该装置的晶体振荡器频标的应用和效果。     

1MHz—1GHz射频衰减标准的研制

该标准是采用10kHz低中频串联替代技术,以八位精密感应分压器作参考衰减器,并用特制的选放和差分电压表作接收机的衰减标准装置。它主要用于各种衰减校准装置、精密接收机、量值传递,以及各种精密衰减器、元器件损耗的检定。其频率范围为:1～1000MHz和10kHz;准确度为:0～20dB±0.001dB,20～80dB±(0.001～0.002)dB/10dB。文章详细叙述了其工作原理、主要特点、误差分析、与国家衰减基准装置的比对数据、国内外同类装置水平比较等。     

GPS基频率标准的计量校准

GPS基频率标准具有高准确度、零漂移的特点,可广泛应用于移动通信、数字广播、计量校准等领域。介绍了GPS基频率标准的工作原理、性能描述,并进一步探讨给出了GPS基频率标准类设备的不确定度因素以及计量校准方法。     

基于单频星载GPS数据的低轨卫星精密定轨

为满足搭载单频GPS接收机低轨卫星的精密定轨需求以及深化单频定轨研究,文中解决了单频星载GPS数据的周跳探测问题,并利用“海洋二号”（HY-2A）卫星及“资源三号”（ZY-3）卫星的单频星载GPS实测数据采用两种方法确定了二者的简化动力学轨道,并通过观测值残差分析、与双频精密轨道比较、激光测卫数据检核等方法对所得轨道精度进行评定。结果表明,在不考虑电离层延迟影响的情况下,HY-2A卫星定轨精度为2~3dm,ZY-3卫星为1m左右;而采用半和改正组合消除电离层延迟一阶项影响后,二者定轨精度均显著提高,HY-2A卫星三维精度提高至1dm左右,ZY-3卫星提高至1~2dm。文章的研究成果表明,搭载单频GPS接收机的低轨卫星也可获得厘米级的定轨精度。     

精密进近阶段的多系统GNSS组合RAIM可用性算法及分析

给出了多系统全球卫星导航系统（GNSS）组合接收机自主完好性监测（ReceiverAutonomousIntegrityMonitoring,RAIM）可用性计算方法,在此基础上利用GPS、GLONASS实测数据与BDS、Galileo全星座仿真数据,分析了BDS、GPS、GLONASS和Galileo不同组合在精密进近阶段的RAIM可用性。通过试验分析发现,BDS的5颗地球同步轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星对亚洲、非洲和欧洲大部分地区的RAIM可用性有很大的贡献。这些地区站星间几何观测结构得到改善,使得RAIM可用性相对于其他地区有很大幅度的提升。在亚太地区APV-I阶段单系统导航情况下,北斗导航系统RAIM可用性达到99.5%,高于其他三个导航系统。在精密进近阶段（APV-I、APV-II和CAT-I）,BDS与其他导航系统（GPS、GLONASS和Galileo）的组合导航可以满足全球大部分区域的RAIM可用性需求,大多可达到100%。     

GPS在卫星精密测轨中的应用

自从美国全球定位系统(GPS)试验系统建立以来,发展了各种各样的方法,利用GPS 测量来精密确定卫星轨道。在1984年,LANDSAT-5上装载一个GPSPAC 的仪器进行了飞行,以验证用GPS 定轨的精确度。1982年在美国喷气推进试验室((?)PL),为TOPEX 卫星研究了一种GPS 距离和距离变化率的双差分法,以满足其厘米级的精度要求。除GPS 对低轨地球卫星定轨应用外,有人也提出了用GPS 测量对高轨地球卫星甚至同步卫星的定轨方法及精度分析。文章对上述各种方法给以简要的介绍和评述。     

伪距噪声建模方法研究和分析

主要介绍从GPS原始数据中提取伪距噪声的方法,并利用MATLAB非线性拟合工具箱cftool中的参数逼近模型对提取出的伪距噪声建模,针对几种较好的建模结果进行数据回放和比较,确定最佳建模方案.建模结果可用于Galileo系统空间信号误差（signal-in-space error）的实时估计和用户完好性算法的研究.     

电容传感器中的驱动电缆技术

目前高精度机械加工对几何尺寸的动静态检测要求越来越高,检测系统的信号变换方法也随之越来越广泛,以适应检测的需要。电阻式、电感式的应用是十分多见的,电容式的变换方法应用却较少,其原因主要是由于电容式传感器本身的电容值及其变化量都很小,极易为杂散的寄生电容以及连接电缆的电容所淹没。近年来,由于电子技术的发展,以及驱动电缆技术的出现,使得电容式仪器迅速发展,应用日益广泛。其特点为动、静态响应快,精度高,采用驱动电缆技术后,仪器灵敏度可达0.01μm～0.001μm,并且线性度好,可达全量程的1%～0.5%调整使用方便,根据用户要求传感器可设计成任何形状。可用于测量微小位移的振幅及距离,特别适用精密轴系的动态测试,也可用于孔径及表面光洁度的测量以及自动控制等。本文主要介绍驱动电缆的原理和实施方法。     

一种用于GPS时差比对数据处理的卡尔曼滤波器设计

介绍了一种用于GPS时差比对数据处理的自适应卡尔曼滤波器,在Matlab环境下编写了离散时间形式的卡尔曼滤波算法程序,利用该算法对GPS信号与铯原子频标的时差比对数据进行了分析处理,最后介绍了该算法的数字芯片FPGA实现。     

利用GPS高准确度定时信号获得精确频率信号及精密频率比对

主要介绍利用ＧＰＳ高准确度定时信号，获得精确的标准频率信号和进行精密的频率比对以及得到的准确度。     

面向时间应用的可驯服铷钟

研制一种面向时间应用的GPS可驯服铷钟。当铷钟被GPS驯服后,它输出的秒信号实时同步于GPS接收机的秒信号。同时,铷钟和GPS接收机之间的时间差的数据通过一个比例积分控制器去校正铷钟的频率准确度。驯服后,两台GPS驯服铷钟之间的时间差小于20ns、频率差小于1E-12/d。使用一台专用的GPS信号处理板和特定的GPS接收机,时间差可小于5ns。     

用地面站修正GPS导航误差

GPS的民用用户正在设计一种地面站,它将用无线电广播来修正卫星信息的误差。例如,美国海岸警备队(救难和辑私)计划花1500万美元建立约50个无线电站,用它组成的网来修正导航误差。 GPS是美国空军经管的导航系统,用于为军方的舰船、飞机和车辆导航,其定位精度为25米。GPS系统也为民用导航服务,但其信号     

GPS的发展前景

美国防部已决定从1994年起征购多达10万部既小又轻的军用GPS接收机,以普遍装备部队。法国也开始在部队装备GPS接收机。美国GPS的军用开发主要包括三方面:一是在武器制导中的应用。美国已在新的战斧式巡航导弹中采用GPS作为辅助导航手段。随着大型化技术、MMIC、VLSIC和微带技术的发展,已经研制出了可镶嵌到其它系统中的单片式GPS接收机和仅重3.2kg的GPS/INS一体化制导系统;二是用于电子战,实现“多平台定位发射机”和“多平台合作欺骗干扰”,甚至实现用一架战斗机确定敌发射机位置;三是提高E-8A、TR-1等飞机的合成孔径雷达和动目标指示器侦察200公里以外目标的定位精度。     

可供星载的分子污染监测器

本文介绍了一种适用于航天器的分子污染监测器的原理、结构及实验结果。这种监测器也可应用于地面设备的分子污染监测以及真空溅射、升华、蒸发的膜厚精密监控。     

一种用于空间的石英晶体振荡器

本文介绍我所研制成功的,用于地球轨道飞行的精密石英晶体振荡器,秒稳达10~(12)量级。     

精密机械加工和计测的现状与展望

本文主要对精密机械的精密、超精密加工工艺和计量测试的国内外现状与发展趋势作了简要介绍,为从事教学、科研、工程技术的人员提供有益的信息和参考资料。     

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。     

精密三相中频系列电源

精密三相中频系列电源主要用于陀螺马达测试,可提供两相和三相输出;各相信号通过D／A变换产生,波形失真小,相位准确稳定;固定点频输出的三相信号频率基于晶体振荡器,因此频率准确、稳定度高;放大电路设计先进,输出电压连续可调．一个电压调节电位器可同时调节三相电压输出．三相电压一致性好;     

观测资料和卫星钟差对PPP参数收敛影响分析

在GPS 单点定位中, 参数解算的收敛时间和收敛稳定性是重要的研究内容之一, 影响收敛时间和收敛稳定性的因素很多, 本文主要就观测资料的不同采样间隔、卫星钟差资料的不同采样间隔、不同的定位精度要求对精密单点定位中参数收敛时间的影响进行了深入的分析探讨, 以中国上海GPS综合应用网中的12个测站资料为例, 分析了采样间隔、定位精度要求与收敛时间的关系, 并对不同采样间隔的收敛时间进行了统计分析, 得出一些初步结论.