基于GNSS载波相位的守时系统远程性能评估方法研究

为测试在建守时系统性能,提出基于GNSS载波相位的远程评估方法,并开展实验验证。以国家标准时间UTC(NTSC)为参考,基于西安和北京地区4个测站连续15 d的GNSS观测数据,分别采用PPP和载波相位共视(PCV)法解算得到待测守时系统相对UTC(NTSC)的时间偏差,然后对待测守时系统的相对频率偏差、频率稳定度等关键指标进行分析。结果表明,PCV和PPP时间传递链路的系统误差小,时间传递准确度高,采用PCV和PPP时间传递可准确测量相距较远的守时系统的频率稳定度、相对频率偏差等特性,可为下一步国产守时系统性能远程测试打下坚实基础。

基于北斗导航系统的三频载波相位高精度时间长距离传递方法研究

全球导航卫星系统(GNSS)是高精度时间长距离传递技术重要应用手段。针对高精度时间长距离传递受限于全球定位系统(GPS)载波信号组合的问题,该文提出一种基于北斗导航系统(BDS)的三频载波相位高精度时间长距离传递方法。分别对BDS不同载波信号B1、B2、B3进行两两组合,通过二次叠加无电离层,消弱各种全链路误差影响,验证了B12和B13组合时间传递精度最低,B13和B23组合时间传递精度最高,3种组合的时间传递均方根(RMS)误差差异不超过0.03 ns。与国际精密钟差产品比较,结果表明在2600 km的时间链上,基于BDS的三频载波相位的时间传递均方根误差小于0.244 ns,基于BDS的三频载波相位长距离时间传递可以实现亚纳秒级,可为全球导航卫星系统应用提供技术支撑。

基于三频观测的Multi_GNSS载波相位特性分析

载波相位观测噪声和多径误差是衡量载波相位观测数据质量的重要指标。采用三频消电离层无几何组合对GPS、BDS和Galileo系统的载波相位观测噪声和多径误差进行计算。选取IGS ARHT和MGO2两测站2021年连续30 d的数据,对上述GNSS系统的载波相位观测噪声和多径误差特性进行了分析,采用高阶谐函数对GPS Block IIF卫星的频间钟偏差进行模型化以降低其对DIF的影响,结论显示,各系统的DIF组合均方根值随着仰角的增大逐渐减小,在高仰角区间内比低仰角区间下降约90%;受残余IFCB的影响,GPS系统的DIF组合均方根值最大,约为BDS-2系统的3—7倍,约为BDS-3和GAL系统的20倍。

基于伪距相位组合实时探测与修复GNSS三频非差观测数据周跳

三频观测量能形成具有更长波长、更小噪声、更小电离层影响等优良特性的组合观测量,有利于提高周跳探测和修复的精度。推导伪距相位组合探测周跳的阈值条件;提出周跳确定成功率的概念;并从提高周跳确定成功率出发,给出伪距相位组合选取的标准和方法;最后利用一组实测GPS三频数据进行验证。结果表明,在数据采样率较高、历元间电离层延迟变化可忽略时,根据该方法选取的最优伪距相位组合可实时探测和修复三频非差观测数据中的所有周跳。

基于自适应聚类算法的GPS三频载波相位组合观测值优化选取

推导了GPS三频载波相位组合观测值模型,并且对组合观测值进行了误差分析。根据模糊聚类分析理论,对由长波长标准得到的三频载波相位组合观测值进行分析,运用基于相异度矩阵的自适应聚类算法对其进行分类。对各类组合观测值适用条件进行分析,利用实测L1、L2数据和模拟的L5数据通过矩阵变换求解模糊度法对其进行验证。从而得出结论:通过模糊聚类分析不仅可以选取满足不同长短基线的较优组合,而且大大减少了运用枚举所有组合来筛选较好组合的工作量。

日界不连续误差对GNSS载波相位频率传递的影响

为分析日界不连续误差对GNSS载波相位频率传递的影响,采用MGEX/BIPM并址站10 d的GPS/BDS观测数据进行PPP测站钟差解算,在分析测站钟差估计结果日界不连续误差统计特性的基础上,从理论分析和实验验证两方面研究日界不连续误差对两地时钟相对频率偏差估计的影响。结果表明,日界不连续误差基本服从高斯分布,导致两地时钟相对频率偏差估计结果在相邻批单元边界处出现偏移,难以准确估计总时段中相对频率偏差,严重影响两地时钟频率比对结果。

GNSS最优载波相位平滑伪距研究

平滑常数是影响载波相位平滑伪距精度的关键参数,实际数据处理时主要依据经验设定平滑常数。这种主观设定过程缺乏理论依据,无法达到最优平滑效果。针对此问题,以适用于实时GNSS载波相位平滑伪距的经典Hatch递推滤波算法为基础,在连续时间域上分析了载波相位平滑伪距误差的主要构成,给出了总误差估算公式,分析了平滑常数对平滑精度的影响传导机制。进一步,采用令平滑总误差最小为目标的极值法推导给出了最优载波相位平滑常数的计算公式,给出了最优载波相位平滑伪距的完整处理步骤。最优平滑常数算法在数学意义上最优,大幅压缩了伪距测量误差,又不会引入过大的电离层发散误差。通过两个实际算例,证明了算法有效性。

利用时间差分载波相位的GNSS/INS紧组合导航

载波相位观测值精度远高于伪距,利用时间差分载波相位的组合导航可避免整周模糊度解算问题。本文以简化的时间差分载波观测模型为基础,分析其误差特性,说明了短期内时间差分载波观测更新的特点。时间差分载波在距离域本质上是相对观测值,存在误差积累,提出了利用伪距在另一个更长的组合周期上进行系统的观测更新方法。重点推导了双周期组合情况下时间差分载波观测值的实用随机模型确定公式,并结合多普勒观测值进一步保证姿态修正的精度。将采用时间差分载波的组合方案与传统伪距组合方案进行比较。结果表明,时间差分载波精度组合系统高,在观测随机模型可靠的情况下优于传统的伪距紧组合导航,误差最大的高程方向精度提高可达47%。

基于FCM算法的BDS三频载波相位组合观测值优化选取

针对传统GNSS载波相位组合观测值选取过程中效率低、工作量大的问题,在对BDS三频载波相位组合观测值的波长标准、电离层延迟标准、观测噪声标准进行误差分析的基础上,以长波长、弱电离层、弱观测噪声标准作为聚类指标,采用模糊C均值聚类算法对BDS三频载波相位组合观测值进行优化分类选取,最后通过矩阵变换法和实测数据对优化组合进行整周模糊度解算,对组合模糊度方差-协方差阵以及历元间模糊度差值进行分析,证明该方法的可行性和可靠性。

GNSS载波相位精密时间传递数据处理技术综述

精密时间传递是时频领域最为基础的工作之一,在科技、经济、军事和社会生活中具有重要作用.全球卫星导航系统(GNSS)因其众多优势成为精密时间传递的重要手段,尤其是近些年发展的基于高精度载波相位观测值的时间传递技术成为GNSS时频领域的研究热点.本文对GNSS载波相位精密时间传递相关的研究进行了全面总结,对其数据处理涉及的观测模型、模糊度处理方法进行了归纳阐述,对精准性、一致性、稳健性、连续性、实时性、完好性等技术进行了探讨,并指出该领域未来应该重点解决非差与差分处理模型统一性、不同机理融合时间服务统一性和天空地海地下时间服务无缝性问题.

GNSS接收机伪距和载波相位测量噪声直接估计方法

基于微分法的思想，提出了一种可以直接估计伪距和载波相位观测噪声的方法。通过对二阶系统求三阶导数，隔离系统本身的影响，通过对非差、单差、双差的残余观测噪声序列的分析，直接估计伪距和载波相位的观测噪声和接收机钟差的高阶噪声。由于该方法可以在线工作，对大量的GNSS集成系统，用该方法估计先验观测方差非常方便。

GNSS/INS组合系统模型精化及载波相位定位测姿

INS不依赖外部信号源,抗干扰性强,以高采样率输出导航信息,但其误差随时间积累,GNSS导航结果长期稳定性较高,但存在采样率较低、信号易受干扰等缺点,将两者组合形成GNSS/INS系统可以最大程度发挥各自优势。提升硬件水平能改善导航定位性能,但成本巨大,短期内收效甚微。如何在现有硬件水平下完成各项导航定位任务是当前极为重要和迫切的问题。GNSS/INS组合系统采样率高、连续性好、输出参数全面,已渗透到国民经济发展和国防建设的各个领域,不同用户对组合系统的要求不同，如在航空航天中完好性及连续性要求严格，测绘和地球动力学要求定位精度高，陆地车辆导航关注设备成本；某些应用领域仅需位置速度信息，而越来越多的用户要求导航系统能够提供可靠的姿态信息。

三频北斗载波相位观测值质量分析

北斗卫星导航系统已开始播发三频数据,为多频应用研究提供了数据支持。利用实测北斗三频载波相位观测数据,形成三频无几何消电离层组合观测值以及零基线双差观测值,从而进行北斗不同类型卫星的载波相位观测值质量分析,结果表明北斗三频载波相位观测值多路径误差均在3cm以内;三个频率载波相位观测精度均优于2mm。

北斗系统多频载波相位整周模糊度解算方法研究

研究利用LAMBDA方法来解算三频载波相位BDS系统和GPS系统整周模糊度并分析其固定精度情况。通过采用2 km、5 km、8 km、10 km和12 km五条基线进行单系统解算对比,实验结果表明,无论是BDS还是GPS,在进行单系统RTK解算中,N方向坐标偏差变化幅度较其他两个方向变化都是最大的;在进行5 km的基线解算中,BDS三个坐标方向偏差基本保持在-0.2~0.4 m之间,相对于GPS系统较好;5 km的基线解算中,GPS系统三个方向坐标偏差值基本在-0.1~0.1 m之间,较BDS系统稳定且精度高。2 km基线的时候在200历元左右GPS固定精度明显优于BDS,5 km的时候GPS在1 000历元左右模糊度固定精度明显要比BDS高,但是随着基线长度的增加,GPS系统模糊度固定精度逐渐趋近,直至小于BDS系统。

GNSS载波相位观测值周跳处理方法研究

载波相位观测值是GNSS定位系统高精度的关键,而周跳是载波相位数据处理过程中必不可少的关键性问题。从载波相位测量原理入手,系统分析了周跳产生原因及特性,在此基础上,讨论了电离层残差法以及相位减伪距法探测周跳的适用性和优缺点。

GNSS载波相位相对定位的线性化模型误差分析

为了解决传统的载波相位差分方程线性化模型在中长基线存在精度降低的问题,本文提出了一种基于线性插值的改进载波相位差分方程线性化模型,并对改进模型与传统模型的线性化误差进行了定量分析。推导了能在工程应用中简单实现的改进差分方程,并将差分基线长度作为变量进行误差精度的计算仿真,以定量对比的方式分析本文改进的线性化模型和传统线性化模型的精度。仿真结果表明,当基线距离小于40km时,传统线性化模型的误差最大为40m,改进后的线性化模型的误差最大为4cm,改进模型的误差精度仍在厘米级测量精度要求内;当基线距离超过40km时,本文提出的线性化模型的假设条件将不再满足。该研究对提高卫星导航系统的精度具有重要意义。

整周模糊度的在航解算——GNSS动态载波相位测量的数据处理方法之五

整周模糊度的正确求解,是用GNSS载波相位测量进行高精度动态定位的关键问题。本文以GPS载波相位测量动态定位为例,论述整周模糊度的在航解算。

GNSS载波相位时间传递关键技术与方法研究

高精度时间传递技术作为建立和保持国家标准时间的三大要素(高性能原子钟技术、时间传递技术、时间尺度算法)之一,是获取主钟时间频率驾驭量、维持高性能地方原子时TA、实现UTC溯源的重要手段和支撑,直接影响着国家标准时间的性能。GNSS载波相位时间传递技术作为一种时间传递手段具有设备成本低、测量精度高、覆盖范围广、不受距离限制等诸多优势,已成为精密时间传递领域中研究热点。然而,近年来GNSS载波相位时间传递中仍然还有诸多关键技术问题有待进一步细化和解决。

GNSS载波相位时间传递的日界不连续误差研究

高精度远程时间传递技术是实现两地时钟比对的重要手段,是实现地方协调世界时UTC(k)与国际UTC建立联系的技术支撑,是国际原子时(TAI)计算的基础。作为GNSS载波相位时间频率传递技术的典型代表,基于全球定位系统(GPS)的精密单点定位(PPP)自2009年开始被国际权度局(BIPM)用于TAI计算,时间传递精度可达亚纳秒量级。然而,由于伪码噪声影响,使得PPP相位模糊度失去了整数特性,时间传递结果在相邻天边界历元处出现“不连续”现象,导致无法通过PPP时间传递更加准确反映两地实时连续运行时钟的性能,严重影响PPP时间传递长期频率稳定度的提升,也限制了PPP时间传递在铯喷泉钟等基准频标比对中的应用。论文围绕PPP时间传递结果日界不连续误差这一核心问题,按照从GPS单系统到GPS/BDS多系统,从理论研究到试验验证的模式,系统深入地研究了日界不连续误差的统计特性、产生原因、对时间频率传递的影响及改正方法。主要研究内容及结论如下。

GNSS动态载波相位测量的数据处理方法概述——GNSS动态载波相位测量的数据处理方法之一

GNSS动态载波相位测量技术,是获取高精度实时点位的有效途径。但是,它要求正确解算出观测成果的整周模糊度,方可到达预期目的。本文概述了解算整周模糊度的下列方法:双频伪距法、模糊度函数法、最小二乘搜索法和模糊度协方差阵法。