利用平稳时间序列模拟接收机钟误差

随着GPS应用的扩展以及GPS产业的发展,使得GPS快速、准确地定位成为必然。然而要达此目的,对其定位中的各种误差研究的投入则必不可少。文中在单点定位的基础之上,根据基站上数据的解算结果,对接收机钟误差的改正值进行研究,利用随机过程中的平稳时间序列方法对其进行模拟解算,并最终得出其时间序列的随机模型。

SSR延迟下的轨道钟差外推误差及其对多GNSS实时精密单点定位的影响评估

对于实时精密单点定位用户,一般需通过无线网络接入基于状态空间表述(SSR)的差分改正数信息。在实际应用中,由通信链路不稳定导致精密轨道钟差改正数发生延迟的现象十分普遍。对于多模GNSS组合实时定位而言,不同系统的卫星轨道类型和卫星钟性能不同,在发生SSR延迟时的轨道钟差精度保持能力各具特点,此时采用常规模型难以有效维持实时精密定位的精度及可用性。本文基于CNES提供的GPS、GLONASS、BDS-2、BDS-3和Galileo实时精密产品,详细分析了不同SSR延迟下4个系统卫星轨道及钟差的外推误差,并评估了外推误差对多模GNSS实时精密定位的影响。研究结果表明,随着SSR延迟时间的增长,轨道钟差外推精度随之降低,然而,同样延迟下,不同GNSS卫星的轨道钟差外推误差存在显著差异,在SSR延迟为10 min时,GLONASS卫星轨道及钟差外推引起的空间信号测距误差分别可达20.9和7.3 cm(钟差已通过光速换算为距离),而BDS和Galileo卫星轨道及钟差外推引起的空间信号测距误差均可保持在2.2 cm以内,SSR延迟下BDS和Galileo实时定位性能保持能力明显优于GLONASS和GPS。相比传统实时定位模型,采用6 h更新的超快速精密轨道并顾及多模GNSS不同卫星钟差的外推误差特性时,SSR延迟下的四系统组合实时定位性能显著提升,在SSR延迟为10 min时,其水平和高程方向的定位精度仍可保持在1.7和2.1 cm。本文的研究对于提升实时定位的稳健性及优化SSR产品的播发频率具有重要参考价值。

卫星钟差预报的方法研究

本文提出了一种新的基于熵权法的卫星钟差预报方法。首先,通过对卫星钟差数据进行统计分析,确定了其特征参数的分布情况。然后,利用熵的定义,对各个特征参数赋予相应的权重,从而综合考虑了所有特征参数对卫星钟差预报的影响。最后,通过对大量卫星钟差数据的实验验证,证明了该方法在准确性和可靠性方面优于传统的单一特征参数预报方法。基于熵权法的卫星钟差预报方法能够在一定程度上提高预报准确性,具有较好的实用价值。因此,该方法对于卫星导航系统的运行状况预测具有重要的指导意义。未来的工作将继续优化该方法,使其在更多的应用场景中得到更广泛的应用。

无源三维卫星定位系统卫星钟差的监测技术

GPS的成功已证明:三维无源卫星导航定位系统是现阶段卫星导航系统发展的主要方向。这种系统建立的一个核心技术是时频技术,即星地统一的时间基准,本文在简单介绍三维无源卫星导航定位系统的时频系统方案的基础上,详细介绍其主要关键技术——卫星钟误差的监测技术。

BDS广播星历轨道和钟的精度评估

针对BDS广播星历精度评估问题,分析利用精密星历评估广播星历精度时需注意的一些关键问题;统计了短期内(连续两周)所有BDS卫星的广播星历轨道误差及钟误差,并着重从卫星自身角度对其精度加以分析。通过对2016年12月份两周(2016-12-18~2016-12-31)分析结果表明,计算时段BDS广播星历的空间信号测距误差在3 m内。

GLONASS广播星历轨道误差分析与精度评估

以2017年GLONASS广播星历为实验数据,从不同型号卫星的多个角度出发对GLONASS广播星历轨道误差与钟差误差短期规律、长期精度及轨道误差统计特征进行了全面的分析研究。分析结果表明:短期内GLONASS卫星轨道误差与钟差都存在约12h的周期规律,新型号的GLONASS-K卫星周期规律更明显。从长期来看,目前GLOANSS广播星历轨道精度在径向、切向、法向可分别达到0.52、2.18、0.71m,GLONASS-K卫星切向精度最差,可达4.18m;钟差精度可达10ns,新型号的GLOANSS-K卫星钟差精度没有明显提高;空间测距信号误差可达3.01m。从GLONASS广播星历轨道误差统计特征来看,只有轨道法向误差均值为0,轨道3个方向误差的相关性不明显,只有轨道法向误差近似服从高斯分布。

QZSS MICHIBIKI卫星实时轨道和钟差数据的精度评估

以日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)提供的精密星历为参考,对QZSS MICHIBIKI卫星发布的实时轨道和钟差数据进行了评估。数值结果表明,QZSS MICHIBIKI卫星的实时轨道精度优于11 cm,实时钟差优于0.56 ns;GPS卫星的实时轨道精度优于5 cm,实时钟差优于0.4 ns。通过比较得知,QZSS MICHIBIKI卫星的实时轨道和钟差精度明显低于GPS卫星。

北斗广播星历精度评估

广播星历的误差能够直接影响卫星定位的精度,对北斗的广播星历精度进行分析可以为GPS与北斗组合定位观测值定权提供依据。通过与精密星历进行比较,结果表明:北斗轨道误差优于5 m,钟差均方根误差优于13 ns,以空间信号测距误差(SISRE)为指标,北斗广播星历整体精度优于4.5 m。通过与GPS进行对比,结果表明北斗广播星历精度略低于GPS。

LNAV广播星历的精度分析

本文介绍了IGS最新发布的LNAV广播星历的格式,及其计算卫星位置和钟差的方法,采用内维尔算法内插IGS精密星历获取参考值,以均值误差和均方根误差作为精度指标,从不同轨道面选取6颗卫星,按精度分析策略进行计算。结果表明,LNAV广播星历误差在X、Y、Z方向上为1m左右,点位误差优于1.8m,钟差精度在10ns左右,与现有广播星历基本一致。

北斗卫星导航系统SISURE初步评估

北斗导航系统自2018年12月27日提供全球服务以来,其服务性能受到了极大关注.以上海天文台iGMAS (International GNSS Monitoring&Assessment System)分析中心发布的精密轨道、钟差产品作为基准,评估了2019年年积日3-12d的北斗二号、北斗三号以及GPS广播星历的轨道、钟差和空间信号用户测距误差(Signal in Space User Ranging Error, SISURE,简称为URE),并且对北斗卫星导航系统结果进行了详细的分析.结果表明:在评估时间段内,北斗三号广播星历轨道精度、URE均明显优于北斗二号,且部分结果优于GPS.北斗三号广播星历轨道径向精度最高,优于0.2m.北斗三号全部卫星URE均值优于0.4m, URE RMS (root mean square)优于0.5m.北斗二号每颗卫星URE均值、95%URE (置信度为95%的URE)、URE RMS小于2m,北斗三号每颗卫星URE均值、95%URE、URE RMS小于1m,均达到了系统公开承诺的服务性能标准.

北斗三号全球卫星导航系统空间信号精度评估

针对北斗三号(BDS-3)正式开通后的空间信号精度情况,选取2020-08-01—2021-07-31共1 a的混合广播星历数据,以德国波茨坦地学研究中心(GFZ)和武汉大学国际GNSS服务(IGS)数据中心(WHU)提供的精密星历为参考分别从轨道精度、钟差精度和空间信号测距误差(SISRE)来进行BDS-3的空间信号精度评估.结果表明:BDS-3的轨道精度在径向(R)、切向(A)、法向(C)三个方向上分别优于0.100 m、0.405 m、0.547 m,钟差精度优于1.926 ns,仅受轨道影响的SISRE(orb)为0.134m,SISRE为0.612 m.地球静止轨道(GEO)卫星的SISRE为1.137 m,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星和中圆地球轨道(MEO)卫星的SISRE相比GEO卫星分别减少36.3%、51.3%.

GPS系列卫星广播星历轨道和钟的精度分析

指出了在对GPS广播星历精度进行比较分析之前必须处理好的一些关键问题;统计了短期内(连续两周)所有GPS卫星的广播星历轨道误差及钟误差,并着重从卫星自身角度对其精度加以分析。分析结果表明,当前广播星历的轨道精度已经达到2 m,钟差精度达到10 ns左右;不同类型卫星的精度状况有所差异,主要体现在其稳定性方面,Block IIR卫星优于Block IIA卫星,铷钟卫星短期稳定性优于铯钟卫星。

有误差的钟

小淘淘的叔叔一个人生活，有一次他出差，离开家三个月。回来后，他发现墙壁上的电子钟快了五分钟。这个钟是使用插座上的电源，质量也没问题，更没有任何人碰过这个钟。你知道钟为什么会出现误差吗？

北斗卫星导航系统空间信号测距误差评估

针对北斗卫星导航系统空间信号测距误差能否满足公开服务性能需求的问题,该文顾及卫星轨道误差和卫星钟误差影响的北斗卫星导航系统空间信号测距误差评估方法,利用MGEX提供的北斗广播星历和GFZ提供的事后精密星历,对2018年1月北斗卫星的广播星历误差、轨道误差和空间信号测距误差进行了短期分析评估。结果表明,所有北斗卫星在评估期内的空间信号测距误差精度为2.11 m,满足北斗系统公开服务空间信号性能需求。其中,MEO卫星空间信号测距误差精度最高,为1.43 m,GEO卫星精度最差,为2.62 m;所有卫星的空间信号测距误差总体上优于2.5 m,空间信号测距误差呈1 d周期变化;在变化趋势上,MEO空间信号测距误差变化比较稳定,而GEO和IGSO存在一定的跳变情况。

GNSS广播星历轨道和钟差精度分析

为了对多个全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)当前的广播星历精度进行一个全面的分析,对比了2014—2018年共5 a的GNSS广播星历与精密星历,并对全球定位系统(global positioning system,GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(global navigation satellite system,GLONASS)、伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system,Galileo)、北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)、准天顶卫星系统(quasi⁃zenith satellite system,QZSS)等5个系统的广播星历长期精度变化进行了分析。结果表明:5 a中GPS的广播星历轨道及钟差精度最稳定;GLONASS的广播星历轨道精度稳定性较好,但其钟差精度存在较大的离散度;Galileo得益于具备全面运行能力(full operational capability,FOC)卫星的大量发射及运行,其广播星历轨道、钟差精度大幅度变好,切向轨道、法向轨道与钟差精度已赶超GPS;BDS的广播星历轨道精度离散度较大,钟差精度出现不稳定现象;QZSS的广播星历轨道与钟差精度的稳定性与离散度相对最差。以2018年1 a的广播星历与精密星历为例分析了各个系统当前的广播星历精度,结果表明,当前GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS的考虑轨道误差与钟差误差贡献的空间信号测距误差(signal⁃in⁃space ranging error,SISRE)分别为0.806 m、2.704 m、0.320 m、1.457 m、1.645 m,表明Galileo广播星历整体精度最高,GPS次之,其次分别是BDS、QZSS和GLONASS。只考虑轨道误差贡献的SISRE分别为0.167 m、0.541 m、0.229 m、0.804 m、0.675 m,表明GPS广播星历轨道精度最高,其次分别是Galileo、GLONASS、QZSS和BDS。GPS卫星广播星历中新型号卫星的钟差精度总体要优于旧型号卫星。

地月空间激光时间比对仿真模型研究

为解决中国科学院计划于2023年发射的绕月飞行器激光测距时差载荷星地时间比对问题,本文提出并建立了地月空间激光时间比对高精度测量模型。为达到ns级地月空间激光时间比对精度,采用准确度为0.1 ns量级的数值地球时间星历模型,建立了ns量级的时间尺度转换模型,推导了精度为10 ps量级的激光脉冲单程和往返飞行时间模型,建立了精度优于10 ps的Shapiro时延模型,建立了质心修正模型、几何位置修正模型以及系统时延模型等。使用基于飞行器可观测性、回波率设置等工程实际得到的仿真数据对时间比对模型精度进行验证,时间比对标准差为ns级,表明仿真模型精度可达ns级。星载时钟的频率准确度估算结果和正确值误差约为15%。所建模型可用于后续地月空间高精度激光时间比对任务。

GPS广播星历非整点时刻数据块性能分析

实时用户从广播星历获取卫星轨道和钟差,广播星历的质量影响用户的定位精度。本文首先描述了GPS广播星历中非整点时刻数据块的三种出现形式;其次,结合一周GPS星历从轨道和钟差两方面分别对非整点时刻数据块进行分析,结果证明非整点时刻数据块并非粗差数据,且其精度优于整点时刻数据块;最后,针对GPS星历中非整点时刻数据块,给出了使用建议。