基于STK的新一代北斗导航卫星可见性仿真分析

卫星可见性分析是观测卫星的首要条件。针对卫星在轨试验任务,基于STK数据仿真、分析功能,对新一代北斗导航卫星和有关地面站,构建仿真场景,对星地、星星之间的可见时间、波束角,以及距离等性能指标进行分析和仿真,得出了高精度的可见弧段与波束角,为卫星观测及有关试验工程提供实际参考和应用价值。

卫星双向时间频率传递中的Sagnac效应

结合卫星双向时间频率传递技术,提出了在卫星运动情况下Sagnac效应解决方案。卫星双向时间频率传递技术是基于地球同步卫星进行的。地球同步卫星在各种摄动力的影响下,相对于地面上的某点不是绝对静止的,而是作小幅度日周期性运动。Sagnac效应与卫星和地面观测站的位置密切相关,卫星的运动直接导致了Sagnac效应也具有日周期变化的特征。使用高精度实测卫星轨道数据对Sagnac效应进行计算分析,结果表明:由卫星运动引起的Sagnac效应值具有与卫星运动一致的周日变化规律特征,大小达到几百皮秒的量级,与传统的将同步卫星作为静止点处理相比,提高了Sagnac效应误差的修正精度。该方案对于各种高精度卫星时间比对技术和卫星导航等领域具有重要的应用价值。

一种卫星双向时频传递设备时延差的标定方法

利用卫星双向时间频率传递方法可以实现精度优于1 ns的远程时间同步。卫星双向设备时延差是影响双向比对结果的一项主要误差。目前,国际上通用的方法是利用一套可移动的双向校准设备实现对两套卫星双向设备时延差的校准。该方法存在设备成本高、占用通信卫星资源且对天气条件要求较高等问题。随着i GMAS站和其他监测站点的建设,越来越多站点的接收机监测数据资源可用。提出一种利用各站点监测数据实现对卫星双向设备时延差的校准方法。当卫星双向比对两地同时具有监测数据可用时,可以通过事后数据处理的方式校准两地卫星双向设备的时延差。校准的主要思路是利用精密星历、钟差和电离层产品,从每颗星的伪距测量值中扣除传播路径中的各项延迟,得到本地与导航系统时间的时差。通过对所有可见星的时差结果进行加权、滤波,并扣除接收机间的相对时延,得到比对两地的全视站间钟差。最后,通过与同时段的卫星双向结果进行比较,得到两地卫星双向设备的时延差,校准精度优于1 ns。虽然该方法无法实现亚纳秒量级的校准,但是可以较为简单地标定出两地卫星双向设备的时延差,可以满足纳秒级的时间同步应用需求。

IGS电离层产品在双向时间频率传递中的应用

利用IGS组织提供的全球电离层资料对卫星双向时间频率传递中的电离层误差进行修正。IGS提供特定时刻、固定经纬度网格点上的电离层总电子含量。对该电离层资料首先进行空间四点网格内插,然后利用双线性内插得到电离层穿刺点所需时刻的总电子含量,最后将得到电离层数据经过处理用于双向时间频率传递修正。结果表明:电离层对C波段的影响在(0～0.5)ns范围内,这对亚纳秒量级的时间比对是必须考虑的。IGS提供的电离层产品适合应用于双向时间频率传递,具有方法简单、准确度高和价格低廉等特点。

基于接收机钟差的GPS完好性自主检测算法

传统的基于最小二乘法和奇偶矢量的接收机自主完好性检测(Receiver Autonomous Integrity Monito-ring,RAIM)算法均是利用冗余观测量进行一致性检验实现的,其检测统计量均由伪距残差构造得到。本文采用接收机钟差作为RAIM算法的判据,基本思想是根据钟差历史解算值建立接收机钟差二次多项式模型,从而得到当前时刻的钟差预测值。同时解算当前时刻的钟差值,将这两者之差与钟差门限值进行比较来判断系统当前时刻是否存在故障。本文首先分析了伪距偏移量对接收机钟差的影响,然后给出确定钟差门限值的方法。结合用户解算位置和接收机钟差利用子集比较法实现了故障识别的功能。因本文给出的故障检测算法不是基于冗余观测量的,故该方法在四颗可见星下就可进行故障检测,与传统的RAIM算法相比降低了RAIM算法对可见星个数的要求,该点在实验部分进行了仿真验证。另外还对可用星多于四颗的基于接收机钟差的RAIM算法进行了故障检测和故障识别部分的仿真,验证了本文方法的可行性。

基于LabWindows/CVI的IGS实时数据自动下载软件开发

随着全球导航卫星系统(GNSS)的日益发展,国际GNSS服务组织(IGS)所产生的各项数据以及产品日趋精确,应用也非常广泛。本文基于Labwindows/CVI开发平台,设计了从IGS的FTP服务器下载实时数据或产品的自动运行软件。该软件目前运行稳定、可靠,可以为IGS数据或产品的使用者提供自动化服务。

双向不对等几何路径对卫星双向时间频率传递的影响

分析了在卫星双向时间频率传递中,由地面站间钟差和卫星运动引起的双向几何路径不对等导致的双向几何路径时延差对双向时间比对计算结果的影响。选取了3颗卫星(中卫1号、北斗3G、IGSO70)和3组地面站(北京—成都、北京—喀什、北京—三亚)组成的9条卫星双向时间频率传递链路作仿真计算。对于这9条链路,仿真结果显示:1)当两地面站间钟差在1μs^10 ms范围内时,通过GEO卫星比通过IGSO卫星的双向不对等几何路径时延之差对双向时间比对计算结果的影响(τ值)较小;2)假设地面站间钟差在1 ms内时,通过GEO卫星的卫星双向时间比对链路所对应的τ值均在皮秒量级,一般可忽略;通过IGSO卫星的卫星双向时间比对链路所对应的τ值均在纳秒量级,一般不可忽略。

基于Ka链路的星地双向时间同步新算法

针对星地双向时间同步中卫星和地面站的相对运动造成的时间同步误差,提出了一种基于Ka链路的双向时间同步新算法。该算法无需高精度的轨道信息支持,只需卫星单点位置信息,计算卫星到地面站的Sagnac效应修正,即可实现高精度的双向时间同步。分析了该算法下,卫星位置误差对于双向时间同步精度的影响,并以西安站为例,计算出0.1ns的时间同步精度允许的卫星位置误差约为23km。通过西安站与北斗MEO和IGSO卫星之间的仿真实验证明了算法的可行性,验证了在该位置误差范围内,能够达到优于0.1ns的时间同步精度。