星地动态双向时间同步与测距算法

针对卫星运动对星地距离和钟差测量的不利影响,提出一种基于最小二乘拟合的星地动态双向时间同步与测距算法。在建立星地可视模型基础上,仿真了MEO运动卫星与地面时间同步站之间星地距离的变化规律,分析了卫星运动对星地双向时间同步与测距的主要不利影响。该算法首先利用星地双向时间同步数据分别生成星地距离和钟差拟合多项式,然后联合求解出运动卫星误差最小的星地距离与钟差。实验结果表明了该算法的合理性和科学性,在包含仿真误差的条件下,其时间同步精度优于3ns,测距精度优于3m。将其应用到各种空天应用系统的星地时间同步与测距中,可以消除卫星运动对双向时间同步与测距的不利影响,提高时间同步与测距精度。     

基于自适应动态平差的导航星座自主时间同步方法

基于近代平差理论系统地讨论导航星座的自主时间同步问题,建立了自主时间同步的空间自由网平差模型,提出基于星间双向测距链路和原子钟模型的自适应动态平差算法。该算法对污染测量值采用抗差M估计,而对各卫星钟差模型采用不同的自适应因子调节。给出了简要的理论分析和关键的仿真技术。结果表明,该算法能有效地控制观测误差和模型误差的影响,实现星间高精度自主时间同步。     

X射线脉冲星导航中相位模糊度解算

分析了脉冲星相位观测量的特点,介绍了采用单差、先双差后单差、航天器钟差辅助检验等三种模糊度搜索方法.利用仿真数据对比了三种方法检验的效果.通过计算,先双差后单差检核方法明显优于单差检核的方法.解算航天器钟差同样可起到辅助检核的作用,提高模糊度搜索的成功率.模糊度搜索受时间误差、脉冲星位置误差的影响较小,受相位误差影响较大.进行模糊度搜索时,在寻求较少模糊度组合数的同时,应优选几何结构好、测距误差小的脉冲星组合.     

X射线脉冲星导航中钟差的可观测性问题

标准X射线脉冲星导航(XNAV)能够求解航天器的位置信息,但航天器钟差会导致XNAV的结果产生误差.鉴于脉冲星周期的稳定性,在利用XNAV进行轨道估计中,将钟差作为状态变量进行估计的授时方案已被相关学者提出.一种针对卫星轨道修正专门设计的可观测性分析工具在文中给出,利用其能够有效地判断各个状态的可观测性情况.利用该方法分析将钟差作为状态变量的导航方案,其结果表明仅需2颗脉冲星就可以对全部轨道六根数,以及卫星钟差进行观测;仿真结果验证了可观测性分析结论,双脉冲星导航时系统可以达到60m的定位精度和60ns的授时精度.对比仿真同时揭示了该方案能够有效地抑制钟差对导航精度的影响,将由于钟差引起的定位误差减小20倍以上.理论分析与仿真表明,将钟差作为状态变量的导航方案是一种能够有效地估计钟差,并抑制钟差影响、提升系统估计精度的导航方案.     

GPS技术用于编队卫星状态整体确定方案设计

编队卫星的控制和应用需要确定编队卫星的运动状态,包括卫星绝对的和相对的位置、姿态以及钟差.本文设计联合利用GPS和一种类似GPS的载波相位和伪码交联测距技术的方案,快速实现星间GPS载波相位差分的整周模糊度的确定,进一步提高相对状态确定的精度,使相对位置精度达到厘米级、相对姿态角精度达到角分级.     

北斗在轨卫星广播星历精度分析

为分析北斗广播星历的精度,采用激光测距资料和精密星历作为参考进行分析。由于没有提供BDS-3试验卫星精密星历,本文设计了3天弧段的DBS-3试验卫星精密定轨试验,解算的轨道精度约为50 cm,钟差精度约为2 ns。之后联合国际GNSS监测评估系统iGMAS发布的事后BDS-2精密星历,对BDS-3/BDS-2广播星历轨道、钟差精度进行分析。为准确评估广播星历轨道精度,还采用SLR观测数据作为外部检核手段分析北斗在轨卫星广播星历轨道精度。统计了广播星历轨道误差的1D RMS和钟差误差的STD,结果表明：多数钟差精度优于 10 ns ,轨道精度优于5 m。另外为分析广播星历卫星钟的时频性能,计算了在轨卫星钟差的频率稳定度、漂移率和准确度,试验结果表明：BDS-3试验卫星各项性能指标普遍优于BDS-2,频率准确度、频率漂移率和频率稳定性指标计算结果显示BDS-3卫星相对于BDS-2卫星分别提升了42.8%,22.5%,9.5%。     

卫星钟差预报的Kalman算法及其性能分析

钟差预报是卫星导航系统应用中的一项关键技术。Kalman算法作为一种最优预测算法,在原子钟时间尺度、GPS钟差预报中得到了广泛的使用。但是,GPS钟差预报的Kalman模型中通常只考虑了钟差的确定性部分,将随机性部分简单作为白噪声处理。对随机性部分采用幂律谱模型,分析了Kalman算法用于卫星导航系统钟差预报的性能和适用条件。论文首次详细讨论了钟差变化中的确定性部分和随机性部分对钟差预报误差的影响;文中还完善了前人文献中利用阿伦方差计算Kalman预报噪声方差阵的推导;最后利用IGS数据,比较和分析了四种情况下Kalman预报、递推最小二乘和灰色系统GM(1,1)预报精度。结果表明在数据充足的情况下,对于一天内的短期预报,Kalman算法精度最高,预报结果与IGS事后精密钟差的标准差小于10ps。
     

精密卫星钟差分形插值算法研究

研究发现精密GPS卫星钟差时序满足三阶平稳假设,由此提出了计算卫星钟差分形维的多阶分形变差法,进而提出了基于分形维确定垂直比例因子的精密卫星钟差分形插值算法。将新方法应用于2010年8个节气日的32颗GPS在轨卫星钟差分形维计算,并选取Block IIA、IIR和IIR\|M各2颗卫星进行钟差插值精度比较。结果表明,分形维可作为定量描述卫星钟差动力学特征的不变量指标;分形插值算法优于三次样条和切比雪夫算法,可以满足快速与高采样率精密卫星钟差应用需求。     

单颗MEO卫星定轨中的二阶钟差模型

分析使用简化动力学和观测模型对单颗MEO卫星进行定轨时星地钟差参数化建模问题,建立了一个基于全弧段二阶钟差模型的定轨方案,分析了该钟差模型的精度,及其对定轨精度和卫星钟差预报精度的影响.结合对实测数据处理的结果说明,基于二阶钟差模型的定轨方案的定轨精度好于10m,相对于以往研究中对钟差分段建模的定轨方案精度明显较高,并且其对错误数据有着更好的抗差性.分析同时表明,使用二阶模型作钟差预报的精度好于20ns.     

时差定位型卫星铷钟的双钟热备份设计

针对传统星载铷钟备份设计中对铷钟状态判断不准确和主备切换时输出信号不稳定的不足,在分析时差测算铷钟指标原理和频率信号切换方法的基础上,提出了一种适用于时差定位型卫星铷钟的双钟热备份设计,通过GPS时差测算铷钟频率性能指标,以及无扰切换设计实现频率信号的稳定输出。地面试验表明,铷钟的准确度和稳定度指标测算误差小于5%,频率输出信号在切换时连续稳定,无突波干扰。研究结果可以为后续定位型卫星和导航卫星的高精度时频系统设计提供参考。