顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法

BDS-3高稳定星载原子钟作为北斗星座的显著技术优势,在GNSS数据处理中尚未得到充分利用。针对严格时效性限制下GNSS超快速轨道钟差参数精度受限问题,本文提出顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法。首先,以GNSS轨道钟差参数间相关性为基础,构建顾及BDS-3星钟参数特性的GNSS定轨模型;然后,基于GNSS精密钟差产品,分析星钟约束对GNSS轨道钟差参数精度的影响规律;最后,为克服预报钟差精度与约束筛选对定轨影响,建立BDS-3星钟建模与GNSS超快速轨道钟差估计的同步处理方法。试验结果表明,在BDS-3星钟参数最优约束下,BDS-3与GPS轨道钟差精度可分别提升27.5%、5.1%和20.2%、5.2%;且较传统BDS-3星钟单历元处理策略,基于BDS-3星钟建模与GNSS超快速定轨同步处理方法,GNSS超快速轨道钟差精度可分别提升至4.8%与34.2%,轨道精度实现了毫米级改善。因此,顾及BDS-3星钟约束的GNSS超快速轨道钟差解算方法可有效对BDS-3高稳星钟信息模型化,并实现GNSS超快速轨道钟差精度的优化处理。

GNSS全球基准站钟性能的评估与分析

钟差在GNSS应用中是十分重要的参数信息,包括卫星钟差和接收机钟差,其精度直接影响GNSS的服务水平。卫星钟差通常是利用IGS等GNSS组织的全球跟踪站的观测数据解算的。解算过程中,选择稳定的钟差基准可获得更准确的卫星钟差,进而正确反映卫星钟的性能,以及更好地对卫星钟差进行建模和预报。钟差基准通常选用具有高性能接收机钟的测站,因此,针对IGS测站的接收机钟进行性能分析,本项目评估了所有IGS测站的接收机钟性能,主要包括钟差的量级和时钟的短、长期稳定性。通过实验得出:IGS作为国际上知名的GNSS服务组织,其测站配备的接收机钟的钟差量级大部分优于1×10^(-7) s,占比约58.0%,且有74个测站的钟差量级在ns级;所有IGS测站配备的接收机钟的短期和长期稳定性均较高,大部分的短期(300 s)稳定性集中在1×10^(-12)~1×10^(-11)区间,优于1×10^(-12)的数量占比约24.1%,而长期稳定性(天稳)优于1×10^(-13)的测站数众多,占比约65.0%。基于评估结果,从众多高性能的接收机钟中,筛选出100多个能够作为钟差基准的测站,为GNSS服务端解算卫星钟差提供基准选择的参考。

基于高频观测值的不同GNSS卫星钟稳定性分析

在GNSS高精度数据处理中,卫星钟差往往是决定结果精度的核心因素之一。采用20 Hz的双频观测数据对GNSS星载原子钟0.05~100s平滑时间下的短期稳定性进行分析,通过星间单差的方法消除接收机钟差,采用无电离层组合及夜间观测避免电离层高阶项短期变化的影响,同时采用经验模型和映射函数来进行对流层延迟改正。通过Lag 1自相关函数分析了影响GNSS卫星钟稳定性的主要噪声类型,并使用阿伦方差计算分析GPS、GLONASS及BDS各自系统内不同卫星组合之间的钟差。结果表明,GPS、GLONASS及BDS系统钟差稳定性0.05秒稳均可达到10-10量级,秒稳可达10-11量级。可以认定,GPS、GLONASS及BDS在短期内的稳定性量级相当,从而验证了基于星间单差的BDS掩星数据处理方案的可行性。