基于iGMAS的国家标准时间精密授时系统

UTC是国际标准时间.UTC(NTSC)是UTC的物理实现之一,是我国的国家标准时间,也是我国一切授时业务的基础.目前,广泛应用的GNSS授时精度可达10～50ns.随着现代信息社会的快速发展,数十纳秒的授时精度及事后处理的工作模式已无法满足需求.针对上述问题,设计了基于iGMAS的国家标准时间精密授时系统(PTS).PTS的基本原理为:服务端基于iGMAS平台生成实时轨道及以UTC(NTSC)为参考的实时卫星钟差,用户端结合实时产品及伪距、载波相位观测数据,解算本地钟与UTC(NTSC)偏差.此外,搭建了PTS原型系统并展开测试分析,测试结果显示,基于PTS原型系统,各用户站授时精度均优于1ns.与GNSS授时技术相比,PTS将授时精度提高了1～2个量级,且基于国家标准时间授时,成本低廉,易于实现,具有应用前景.     

基于SSR改正的实时精密单点定位精度分析

通过IGS分析中心实时播发的SSR(State Space Representation)信息修正广播星历轨道和钟差,使用扩展Kalman滤波数据处理方法仿真实时精密单点定位。结果表明:经过实时SSR修正后的广播星历钟差与IGS最终钟差产品相比,精度优于0.15ns。广播星历SSR修正的实时精密单点定位单天解ENU方向RMS优于20cm,其优于超快速预报星历的实时精密单点定位结果,低于基于IGS最终精密星历的动态精密单点定位精度。     

GNSS卫星钟差估计与结果分析

探讨了GNSS卫星钟差估计的基本原理、处理方法及数据处理中的一些关键技术,利用全球56个IGS跟踪站的观测数据进行钟差估计,比较分析了钟差产品的精度与定位性能。以GPS系统解算结果为例,其钟差产品与IGS最终精密卫星钟差符合较好,精度优于0.04ns(约0.012m),多系统钟差解算结果互差优于亚纳秒级。基于钟差产品进行精密单点定位解算试验,试验结果表明,在定位收敛之后,静态PPP在东、北、天3个方向上精度为0.0582m、0.0466m、0.1188m;动态PPP在东、北、天3个方向上精度为0.0671m、0.0640m、0.3200m。定位结果与IGS最终精密钟差解算结果符合较好,表明两者之间差异较小,进一步验证了解算得到的卫星钟差产品的定位性能。     

基于北斗三号PPP-B2b轨道的实时精密共视时间传递

面向精密可靠的远程时间传递需求,提出一种基于北斗三号PPP-B2b轨道的实时精密共视时间传递方法。该方法利用北斗三号精密单点定位(precise point positioning,PPP)服务提供的精密轨道改正数,根据实时载波相位单差技术估算异地接收机的相对钟差,实现高精度时间传递。基于中国及周边地区6个跟踪站连续多天的北斗三号系统观测数据开展试验,验证了该时间传递方法的性能。试验结果表明:零基线时间传递结果的标准差优于0.03 ns。与事后PPP时间传递相比,长基线时间传递结果差值的标准差优于0.3 ns,时间传递天边界连续性更好。基于北斗三号PPP-B2b轨道的实时精密共视时间传递方法,不依赖精密卫星钟差,能实现亚纳秒量级的时间传递精度,具有易于实现、连续性好的优势。试验结果可为北斗精密时间服务提供一定的参考。     

多系统混频非差非组合精密单点定位方法研究

多系统多频精密单点定位(PPP)因具有增加观测冗余信息、提高系统性能可靠性和提升导航性能指标等优势而被广泛研究.非差非组合PPP模型直接使用原始伪距和载波相位观测值,不做任何线性组合,适合多系统多频率的PPP数据解算.目前,各个系统虽已提供3个或更多频率,但除北斗系统外,其余系统无法保证全星座都提供三频信号,使得多系统多频PPP的性能分析多采用多系统双频或单系统三频模型,没有充分利用多系统多频的观测信息.因此,采用多系统混频模型进行非差非组合PPP,该模型的具体表述为北斗三频+GPS双频+GLONASS双频PPP模型,充分利用可用的观测信息,提升了冗余度.利用CUT0、JFNG、NNOR、SIN1这4个测站的观测数据以及MGEX的精密轨道和钟差产品进行仿真实验,实验结果表明,多系统混频非差非组合PPP相较多系统双频非差非组合PPP的平均静态解RMS在东向提高了9.6％,北向相当,天向提高了11％;平均动态解RMS在东向提高了7.3％,北向相当,天向提高了5.7％.     

BDS-3观测数据质量分析及精密定轨

当前,北斗卫星导航定位系统正处于快速发展阶段,在全球GNSS卫星导航定位领域中受到了越来越多的关注,分析BDS-3卫星观测数据质量以及钟差性能对中国北斗导航事业的发展与应用具有重要意义。深入分析了IGMAS监测站BDS-3卫星的数据质量,同时采用现有的观测数据进行了BDS-3卫星三天弧段的定轨实验。结果表明,轨道重叠弧段1D RMS径向优于20cm,钟差重叠弧段STD精度优于1ns。为准确掌握BDS-3卫星钟差的时频特性,利用估计的钟差数据计算了BDS-3卫星钟差频率稳定性指标,其千秒稳定度、万秒稳定度和日稳定度分别为4.64×10-13、8.55×10-14和1.28×10-14,相对于BDS-2系统最高提升了25.89%。     

多模GNSS PPP时间传递性能比对分析

精密单点定位(PPP)时间传递技术是国际时间比对的重要手段之一,为协调世界时的计算做出巨大贡献。为探究多系统融合PPP时间频率传递性能,选取3个国际授时实验室的测站数据组成2条链路,采用8种实验模式对比分析单系统、双系统、三系统和四系统PPP时间频率传递性能。实验结果表明：各多系统组合较单GPS系统在可见星数上均有较大提升,且极大改善了钟差精度因子,增加了时间比对结果的稳健性和可靠性。在时间传递稳定性方面：对于453.4 km的PTBB-BRUX链路,较单GPS系统,双系统中GPS/BDS组合提升效果最优,提升率约为10.39%,三系统中GPS/GLONASS/BDS组合提升率最优,约为11.86%,四系统组合提升率为11.98%,可从0.046 7 ns提升至0.041 1 ns;对于8 031.8 km的PTBB-NIST链路,GPS/BDS组合提升率约为4.89%,GPS/GLONASS/BDS组合提升率约为5.49%,四系统组合提升率为5.79%,可从0.114 0 ns提升至0.107 4 ns。在频率传递稳定度方面：在前10 000 s内双系统组合平均提升17.6%,三系统...     

多模多频卫星导航系统码偏差统一定义与处理方法

精确处理和修正观测量偏差（OSB）是有效发挥多模多频优势,提升GNSS服务和应用效能的前提和基础，已成为国内外卫星导航高精度定位领域研究的热点问题之一。国际GNSS服务组织（IGS）和国际大地测量协会（IAG）专门成立了工作组推动相关工作。然而，目前有关观测量偏差处理的方法仍存在着定义不统一、求解不严密、使用不便捷等突出问题，给实时高精度定位应用带来诸多不利因素。针对此，首先阐述了中国科学院（CAS）电离层分析中心码偏差产品的定义、估计策略和使用方法，然后给出了部分精度评估和分析。结果表明：CAS、CODE和DLR发布的码偏差参数一致性优于0.30ns，CAS码偏差月稳定性优于0.15ns。相关工作对于推动多模多频GNSS在电离层监测、高精度定位和授时定时等领域的应用具有重要参考价值。     

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。     

基于北斗卫星的纳秒级全球授时系统

北斗三号系统的基础服务可以为全球用户提供精度优于20ns的信号,更高精度的时间同步应用,需要如GNSS共视、全视、PPP或卫星双向时频传递等专用方法,成本高,并且需要专业维护,只适合小范围应用。在研究了各种高精度时间比对技术的基础上,基于国家授时中心的标准时间UTC(NTSC),提出了基于北斗卫星实时共视、实时全视和实时PPP多种技术互补融合的纳秒级全球授时方法。结合时延绝对标定与分段标定组合的设备时延标定,以及振荡器动态驯服等技术,建立了标准时间远程复现系统,由服务端和用户端两部分组成。服务端由国家授时中心维护,用户仅需要安装一台标准时间复现设备,并通过互联网或北斗短报文信道自动持续从服务端获取服务数据,即可在本地恢复出溯源至标准时间UTC(NTSC)的时间频率信号。系统可为全球用户提供与UTC(NTSC)偏差小于5ns的1PPS信号,以及万秒频率稳定度优于5×10^-13、相对频偏小于5×10^-14的10MHz信号,授时A类不确定度优于2ns。目前已经为多个行业提供服务。     

数字卫星电视授时方法及其研究进展

为丰富和完善国家时间频率体系建设,提高现有定位导航与授时(PNT)体系的服务能力,中国科学院国家授时中心开展了基于数字卫星电视信号的授时方法研究,并搭建了一套数字卫星电视授时系统,实际测试结果表明其定时精度优于50ns(均方根).首先综述了数字卫星电视授时方法中的理论框架及其若干关键技术问题,然后介绍了在提高授时精度方...     

GNSS多系统RTK授时性能分析

RTK授时不依赖实时精密星历,精度高、实现简单,在短距离精密授时与时间同步中具有突出的应用潜力。针对城域环境下单系统RTK授时可能面临可用卫星数量较少、收敛时间较长等问题,验证分析了GNSS多系统RTK授时性能。基于中国科学院国家授时中心时间频率资源和3个GNSS跟踪站的BDS-3、GPS和Galileo观测数据开展多系统RTK授时试验,涉及动态、静态和固定站坐标3种模式,并从授时精度、收敛时间和稳定度3个方面展开分析。两条基线的试验结果表明：与光纤双向时间频率传递结果相比,动态模式下,多系统单频授时差异STD较GPS单系统分别提高9.13%和9.01%,静态模式分别提高6.09%和11.76%,固定站坐标模式分别提高3.04%和5.79%,多系统单频RTK授时的授时结果差异STD优于0.25 ns,双频优于0.15 ns;多系统融合使得RTK授时的收敛时间与GPS单系统相比至少缩短25%以上,静态模式下双频RTK收敛时间缩短最多,两条基线分别缩短66.9%和67.8%;3种模式多系统站间钟差的万秒稳均进入10^-15量级,动态模式和静态模式下短期稳定度相比GPS单...     

Inter-satellite link augmented BeiDou-3 orbit determination for precise point positioning

Precise Point Positioning(PPP) requires precise products, including high-accuracy satellite orbit and clock parameters. It is impossible to obtain an orbit solution that is sufficiently accurate for PPP services with a regional tracking network; therefore, satellite orbits are usually estimated by a global tracking network with a large number of ground stations. However, it is expensive to build globally distributed stations. Fortunately, BeiDou-3 satellites carry an InterSatellite Link(ISL) pay...     

卫星双向法与卫星测距

卫星双向时间比对是目前远距离台站时间比对精度最高的时间同步技术,时间比对精度达几百皮秒,比GPS共视技术的时间比对精度几乎高一个数量级。中科院国家授时中心根据多台站卫星时间比对经验,提出利用卫星双向比对技术进行卫星测距(称转发器定轨)。实验证明:利用卫星双向技术(卫星需要转发器)进行卫星测距,可得到高精度卫星轨道(内符精度为几厘米)和卫星预报轨道。     

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。     

面向导航增强的低轨卫星钟差确定及预报方法研究

低轨导航增强是未来导航发展的重要趋势,而高精度低轨卫星钟差是实现低轨导航增强的必要条件。基于Sentinel-6A卫星,对低轨卫星钟差特性进行了分析,给出了钟差确定方法及影响因素,介绍了顾及钟差特性的低轨卫星钟差预报方法。实验表明,低轨卫星钟差含有多个周期项,给低轨卫星建模和预报带来了困难。与使用运动学定轨模型相比,基于简化动力学的定轨模型可显著提升低轨卫星钟差精度;当基于运动学模型确定低轨卫星钟差时,相较于使用GPS单系统数据,多GNSS观测数据可提升低轨卫星钟差精度。研究表明,基于GPS和Galileo观测的Sentinel-6A卫星钟差精度相较于GPS单系统钟差精度改善了36%,同时,所使用的GNSS产品精度与低轨卫星钟差精度密切相关。利用顾及卫星钟差特性的低轨卫星钟差预报方法,当预报时长小于1 min,低轨卫星钟差预报精度（预报与解算值之差的RMSE）在0.1 ns之内,当预报时长小于5 min,预报精度在0.3 ns之内,随着预报时长的增长,预报精度显著下降。