GPS/INS组合导航系统时间同步方法研究

在设计和实现GPS／INS组合导航系统时,各子系统的时间同步是最关键的问题。首先对GPS／INS组合导航系统的时间同步问题作基本描述,然后在简要分析基于GPS接收机的1 pps脉冲信号同步采样技术的基础上,提出另外一种基于GPS和INS的1 pps脉冲信号的时间比对同步方法,这种方法能较好地解决GPS接收机由于失锁引起的1 pps信号抖动,将晶体振荡器的短期稳定度和GPS时间的长期稳定度结合起来,使各子系统数据在时间上能准确同步。     

信息荟萃

IU(3203A)型和2U(3204A)型GlobalTyme GPS接收机是两种时间和频率上高精度的接收机。这两种接收机是拥有良好的频率性能,兼容多种时间标准,两种优点兼而有之。该接收机的高精度频率是由于其采用了性能良好的铷原子钟的温度补偿晶体振荡器。在定时、同步和计时方面,该单元提供IRIG时间码格式、网络时间协议以及每秒一次的脉冲输出功能。此产品可选择的信号输入有两种,包括为系统冗余产生的每秒一次的IRIG信号和输入Motorola M121GPS接收机的高可靠性的参考信号。该信号的捕获时间小于1.5分钟,频率为每秒一次,误差小于十亿分之一秒。该接收机还包括一个与各种协议兼容的RJ—45以太网接口。     

GPS时间系统及其在时间比对中的应用

分析了GPS时间系统的结构组成和工作原理，对GPS时间系统、协调世界时和国际原子时的关联性进行了探讨。进一步阐述了GPS在全球时间比对中的重要作用，给出GPS共视和GPS载波时间比对两种时间比对方法的数学模型，并利用实际比对数据对二者精度进行分析，表明GPS共视与载波时间比对技术具有良好的频率稳定度。     

地球同步轨道SAR对频率源稳定度的指标分析

地球同步轨道SAR大的回波延时和长的合成孔径时间使得频率源稳定度对SAR成像指标的影响不能像低轨星载SAR一样可忽略,成为制约地球同步轨道SAR系统实现的关键问题之一。本文首先给出频率源相噪模型,在此基础上采用数值积分的方法分析载波相噪对地球同步轨道SAR成像指标积分旁瓣比的影响。信号仿真分析结果表明:典型频率源仅能够满足5 m方位分辨率L波段地球同步轨道SAR系统的要求,但当工作频段提高、系统合成孔径时间增加时,积分旁瓣比将恶化,需要稳定度更高的频率源。     

GPS多站组网的亚纳秒实时时间比对算法

针对传统GPS PPP（precise point positioning）时间比对算法依赖精密星历产品、时间延迟较长和实时性差等问题，提出了一种多站组网实时时间比对算法。采用IGU超快速星历产品作为解算输入条件，利用多站联测增加多余观测，将测站钟差和卫星钟差作为未知数统一解算。实验结果表明，比对结果与IGS最终钟差的一致性达到了0.3 ns以内，比对结果的天频率稳定度优于2.5×10-15。     

微弱信号下基于模糊度搜索的辅助式GPS定位算法研究

针对微弱信号下GPS接收机无法测量得到完整信号发射时刻的问题,提出了一种基于模糊度搜索的辅助式GPS定位算法。基于该算法接收机不需要位同步、帧同步和解调导航电文,仅对GPS信号进行伪码相位测量,在获取卫星星历、卫星钟差参数等辅助信息的基础上完成定位解算。论文从数学上严格推导了消除信号发射时刻模糊度的条件,并对五颗以上的观测卫星建立了定位解算方程,给出了算法流程。利用实测数据仿真验证了该算法的有效性。比较表明,该算法的定位精度与常规GPS定位算法(信号发射时刻不存在模糊度)相当。     

一种改进的GPS时频同步捕获算法研究

对GPS时频同步捕获算法进行了研究，分析了一维和二维捕获算法的特点，在已有算法基础上，提出了一种改进的一维时频同步捕获算法，与修改前的捕获算法相比，算法捕获门限的设定简单，且提高了捕获概率；与二维捕获算法相比，显著提高了信号捕获的速度。     

全国公路网差分GPS数据采集软件的设计

介绍了全国公路网差分GPS数据采集软件主要模块中的算法和流程 ,包括差分GPS定位算法、载波相位平滑算法、地物属性纪录、计算机时间与GPS接收机时间的同步、地物匹配及偏心改正算法等。     

GPS同步时钟系统设计

介绍了以全球定位系统（GPS）时间为基准，通过时刻比对法对本地恒温晶振进行时刻差测量，并经相位控制电路实现的GPS同步钟系统。由于将GPS与晶体振荡器有机地结合在一起，较好地解决了GPS时钟的时间抖动和晶体振荡器时钟的频率漂移问题。     

基于GPS定时的地下信息探测方法与试验

介绍了基于GPS定时的地下信息探测方法,该方法将伪随机信号作为输入信号,以抑制随机噪声带来的不良影响;同时,使用GPS定时装置对输入、输出进行同步采集,以减小相关计算时的误差。传统的系统辨识方法对噪声的抑制能力不够,得到的辨识结果误差较大,本文提出的基于GPS定时的地下信息探测方法可以在一定程度上抑制噪声。最后通过中间梯度和偶极-偶极的水槽对比试验,验证了基于GPS定时的地下信息探测方法的可行性与可靠性,结果显示本文所述方法有更高的辨识精度,特别是视频散率,本文所述方法得到的值精度更高。     

Telecommunications Synchronization and GPS

Today, the Global Positioning System (GPS) is the technology most frequently selected for use in digital communication networks to meet the requirement for precision timing synchronization. The technological evolution of the telecommunications industry over the past 30 years has driven this constantly growing demand for higher performance and timing accuracy. Increased timing accuracy provides overall improvements in system performance, quality, and efficiency. In the United States and in many parts of the world, the telecommunications infrastructure uses the GPS signal as an integral and basic part of the system. The stability of GPS, ongoing health of the GPS constellation, and GPS signal quality can mpact telecommunications systems. ? 2001 John Wiley & Sons, Inc.     

水下GPS系统的时间同步标定研究与试验

本文从水下GPS系统的定位原理出发,阐述了时间同步的重要性。利用GPSRTK共视法,通过GPS接收机的1PPS时间同步和触发式时间同步的标定试验,证明了GPS接收机时间同步的精度可以达到几十个ns,可以作为水下定位的时间基准;同时对GPS浮标设计了全新的安置方式,实现了GPS浮标的时间同步标定,完成了GPS浮标的时间同步稳定性的试验,实现了GPS浮标相对钟差的高精度。     

船载岛礁综合测量系统多传感器时间同步

时间同步是多传感器协同工作的基础,船载岛礁综合测量系统中的激光扫描仪系统和多波束测深系统需要与G PS 实现时间同步,针对激光扫描仪本身不具有时间同步功能,提出一种G PS脉冲与网络通信相结合的时间同步方法,方法实现简单并且同步误差较小。实验证明：利用所提出的方法多传感器信息可取得良好的融合效果。     

多通道时间传递接收机NTSCGPS-1的研制与测试

近20年来，GPS共视(GPS CV)技术作为一种主要技术被用于TAI时间比对。GPS时间传递接收机是进行GPSCV时间比对的主要设备。介绍了中科院国家授时中心采用Motorola VP Oncore GPS OEM板、GT200计数器研发的高精度、多通道GIPS时间传递接收机NTscGPS-1的原理和特点。并通过实际观测数据分析，认为NTSCGPS-1的观测噪声水平与其它时间传递接收机相当，并有较好的兼客性。     

GPS/BDS/GLONASS双频RTK定位算法研究

针对GLONASS采用频分多址技术导致双差观测方程中双差模糊度失去整周特性的问题，提出了一种基于站间单差模糊度分别求解的方法，并结合附加模糊度参数的卡尔曼滤波模型，实现了GPS/BDS/GLONASS组合RTK定位。通过自编RTK程序对GPS、BDS与GLONASS双频实测短基线数据进行测试，并对比分析其他RTK模式下的稳定性与定位精度。结果表明，GLONASS单频和双频定位的模糊度固定率分别为99.8%、99.7%，其定位精度与BDS、GPS相差不大。在单频或双频RTK定位中，双系统、三系统组合定位的稳定性和定位精度明显高于单系统，其中三系统组合定位的稳定性最好，精度最高。随着频率增加，初始化时间明显减少，为实现单历元获得固定解提供了可能性。     

Time and Frequency Transfer Using GPS Codes and Carrier Phases: Onsite Experiments

Recent studies have shown the capabilities of Global Positioning System (GPS) carrier phases for frequency transfer based on the observations from geodetic GPS receivers driven by stable atomic clocks. This kind of receiver configuration is the kind primarily used within the framework of the International GPS Service (IGS). The International GPS Service/Bureau International des Poids et Mesures (IGS/BIPM) pilot project aims at taking advantage of these GPS receivers to enlarge the network of Time Laboratories contributing to the realization of the International Atomic Time (TAI). In this article, we outline the theory necessary to describe the abilities and limitations of time and frequency transfer using the GPS code and carrier phase observations. We report on several onsite tests and evaluate the present setup of our 12-channel IGS receiver (BRUS), which uses a hydrogen maser as an external frequency reference, to contribute to the IGS/BIPM pilot project. In the initial experimental setup, the receivers had a common external frequency reference; in the second setup, separate external frequency references were used. Independent external clock monitoring provided the necessary information to validate the results. Using two receivers with a common frequency reference and connected to the same antenna, a zero baseline, we were able to use the carrier phase data to derive a frequency stability of 6 × 10⁻¹⁶ for averaging times of one day. The main limitation in the technique originates from small ambient temperature variations of a few degrees Celsius. While these temperature variations have no effect on the functioning of the GPS receiver within the IGS network, they reduce the capacities of the frequency transfer results based on the carrier phase data. We demonstrate that the synchronization offset at the initial measurement epoch can be estimated from a combined use of the code and carrier phase observations. In our test, the discontinuity between two consecutive days was about 140 ps. ? 1999 John Wiley & Sons, Inc.     

GNSS星载原子钟性能评估

星载原子钟作为导航卫星上维持时间尺度的关键载荷,其性能会对用户进行导航、定位与授时的精度带来影响。介绍了原子钟评估常用的三个指标（频率准确度、飘移率和稳定度）的定义及计算方法,利用事后卫星精密钟差数据,开展了全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）星载原子钟性能评估,分析了GNSS星载原子钟特性。结果表明,GPS（global position system）BLOCKIIF星载铷钟与Galileo星载氢钟综合性能最优;北斗系统中地球轨道卫星与倾斜同步轨道卫星星载原子钟天稳定度达到2~4×10-14量级,与BLOCK IIR卫星精度相当;频率准确度达到1~4×10-11量级;频率漂移率达到10-14量级。     

适合于AR应用的姿态、位置综合测量系统

本文分析了AR技术的发展需求,提出适合于AR智能导航的姿态、位置综合测量系统.该系统由双频GPS接收机、陀螺仪和车辆里程计组合,采用卡尔曼滤波方法实现位置姿态测量.文章估计了滤波器实时为动态AR智能导航系统输出的位置姿态信息的精度.并通过实验验证了系统的可靠性、适用性和稳定性.     

基于双向C波段数据站间时间同步

卫星导航系统时间同步技术是系统的关键技术之一,用于实现卫星和地面站时间统一,其水平直接影响导航系统定位精度。时间同步技术主要包括星地、星间和站间时间同步技术,其中站间时间同步技术又包括了时间频率传递技术、卫星共视技术等。本文详细讨论了站间时间频率传递方法的基本原理和模型,推导了误差模型,分析了影响站间时间频率传递精度的因素,并处理了实际的站间双向C波段数据,分析了站间时间频率传递的精度,结果表明时间频率传递实现的站间时间同步精度1ns。     

基于卡尔曼滤波和改进DBSCAN聚类组合的GPS定位算法

实时获取智能移动终端的地理位置信息是增强现实（AR）实景智能导航系统实现的关键,为了提高智能终端GPS定位的精度,提出了一种基于卡尔曼滤波与改进的具有噪声的基于密度的聚类方法（DBSCAN）结合的GPS组合定位优化方法. 通过对GPS系统采集到的位置坐标数据进行卡尔曼滤波,去除较大的数据波动,控制定位误差范围,采用DBSCAN聚类算法进行分类去噪和二次聚类,对类中数据求得算术均值和类间数据总数进行加权求重心,确定位置坐标. 实验结果表明,提出的算法能有效提高GPS单点定位精度,减少定位误差,同时很好地满足了AR实景智能导航系统实时性和鲁棒性的要求.