脉冲星TOA测量误差及几何精度分析

利用信躁比估算法对脉冲星数据库中适宜导航的脉冲星进行了脉冲到达时间测量误差计算。分析了测量误差随观测时间及探测器面积的变化情况。在此基础上,指出了在DOP值分析中脉冲星导航与GPS的不同点;按照脉冲到达时间TOA测量误差较小原则给出了10组脉冲星优选组合。分析了DOP值随观测时间及观测脉冲星数的变化情况。     

脉冲星TOA测量误差及几何精度分析

利用信躁比估算法对脉冲星数据库中适宜导航的脉冲星进行了脉冲到达时间测量误差计算.分析了测量误差随观测时间及探测器面积的变化情况.在此基础上,指出了在DOP值分析中脉冲星导航与GPS的不同点;按照脉冲到达时间TOA测量误差较小原则给出了10组脉冲星优选组合.分析了DOP值随观测时间及观测脉冲星数的变化情况.     

赫尔默特方差分量估计方法在嫦娥一号卫星测角计算中的应用

在我国探月工程嫦娥一号卫星测轨中,需要对测距观测和VLBI时延观测进行综合解算,以确定卫星的角位置时间序列,因而需要考虑不同类型观测资料之间的权重分配问题。本文通过仿真计算,具体比较了不同情况下最小二乘平差方法与赫尔默特(Helmert)方差分量估计方法下测角计算的精度。虽然通常情况下观测资料都提供误差估计,但此估计却不一定能够准确反映实际的观测精度。仿真计算表明,此时应用Helmert求解方法,能够显著提高解算的精度。相比于最小二乘平差方式,Helmert求解方式在计算量上略有增加,但这对于现代计算设备几乎可以忽略。     

GPS动态测量连续周跳检验

本文针对ＧＰＳ动态测量中经常出现的连续周跳,提出了一种新的连续周跳的检验方法。该方法在理论上是最优的,与Ｋａｌｍａｎ滤波平行操作,能够实行处理周跳引起的偏差;而且,在偏差估计的同时,兼顾后续偏差检验,因而可利用尽可能多的观测历元信息来获取精度较高的偏差估值。实例计算表明,该方法在应用中是很有效的。     

稳健估计方法提高数据处理精度

介绍了近代平差理论的稳健估计方法,编制稳健估计方法的程序,并通过实例验证,与最小二乘估计进行比较,表明稳健估计在水准网粗差探测和平差计算中优于最小二乘估计方法,并且能够定位粗差,从而进行消除或者减弱,得到较为干净的观测值。因此,稳健估计方法应用于测量平差具有一定的抵抗粗差的能力,从而可以提高数据处理的精度。     

原子钟模型和频率稳定度分析方法

首先给出典型的原子钟时差观测量模型，包括确定性部分（时差、频差、线性频漂和周期性波动项）、随机性部分（即原子钟噪声）和观测噪声；分析了各分量对应的Allan偏差的表达式。针对部分文献对Kalman滤波器估计原子钟状态原理描述不清晰的问题，描述了原子钟随机微分方程模型和各物理量的含义，从最优估计和低通滤波器两个角度阐述其原理。针对观测噪声过大、存在周期性波动等原因造成无法准确估计原子钟噪声强度的情况，提出了综合Kalman滤波器状态估计结果和Allan偏差图，估计原子钟噪声和观测噪声强度的方法；提出了3种不同的估计线性频漂幅度的方法，并通过实测数据相互验证；针对周期性波动在时差中不明显的问题，结合原子钟随机微分方程模型，提出了综合Kalman滤波器状态估计的结果和对数Allan偏差图估计周期性波动周期和幅度的方法。对两台国产氢钟的实测数据进行了验证，证明该方法物理原理清晰，操作简便易行，具有实用性。通过该方法可以外推得到所有平滑时间的Allan偏差估计值。     

再生权最小二乘法

稳健估计方法能在观测值中不可避免地存在粗差时有效地消除或减弱它们对参数估计的影响,稳健估计方法也是测量数据处理的常用方法。本文充分利用独立观测值改正数之间应满足的条件方程提供的有效信息构造观测值的权,提出了一种稳健估计方法—再生权最小二乘法（Self-born Weighted Least Squares（SBWLS））。不同观测值数量、不同粗差数量（1-3）和不同粗差数值（5和10倍的中误差）的三个水准网仿真实验结果说明,再生权最小二乘法比常用的13种稳健估计方法能更有效地消除或减弱粗差对参数估计的影响。     

稳健估计的一种改进迭代算法

当观测值不含粗差、观测误差服从零均值分布时,最小二乘算法是最优无偏估计。若观测值包含粗差,由于最小二乘不具备抗差性,往往采用以M估计为代表的稳健估计方法,选权迭代算法是应用最为广泛的稳健估计方法之一。目前,选权迭代算法的每一步都需要对模型的稳健正交矩阵求逆,其运算复杂度是矩阵维数的三次方,在未知参数或粗差个数较多的情况下,计算量大、计算时间长。本文基于矩阵逆的运算法则,对现有选权迭代算法进行了改进,改进的选权迭代算法在迭代计算过程中仅需计算更新权阵后的解的改正项,不需要对正交矩阵求逆,显著提高了算法的效率。     

再生权最小二乘法研究

稳健估计方法能在观测值中不可避免地存在粗差时有效地消除或减弱它们对参数估计的影响,稳健估计方法也是测量数据处理的常用方法。本文充分利用独立观测值改正数之间应满足的条件方程提供的有效信息构造观测值的权,提出一种稳健估计方法——再生权最小二乘法(SBWLS)。不同观测值数量、不同粗差数量(1~3)和不同粗差数值(5和10倍的中误差)的3个水准网仿真试验结果说明,再生权最小二乘法比常用的13种稳健估计方法能更有效地消除或减弱粗差对参数估计的影响。     

IMU辅助X射线脉冲星的深空探测器精确定姿方法及仿真

为满足深空探测器的精确定姿需求,提出了一种惯性测量单元(IMU)辅助的X射线脉冲星定姿方法。该方法用IMU的速率陀螺来估计航天器短时姿态,观测两颗或多颗脉冲星的X射线辐射信号,将拟合得到的观测矢量作为滤波器信息输入,利用这两种测姿手段在时间和空间上的互补特性,提供一种全天候、抗干扰性强的定姿方法。仿真结果表明,相比于EKF,基于UKF的俯仰、横滚和偏航三姿态角的测量精度可提高21.9%、21.1%和31.7%;与仅使用脉冲星或IMU的定姿方法相比,组合定姿方法的俯仰角估计精度分别提高了32.5%和77.6%。     

原子钟时域频率稳定性影响因素分析

为了明确地分析原子钟的时域频率稳定性特性，本文在给出各种方差估计式的基础上，分析了影响原子钟时域稳定性的主要因素，如能量谱噪声、频率漂移、无数据段以及周期变化分量等，并给出了相应的改正方法。     

导航卫星原子钟频率漂移特性分析

介绍了原子钟频漂定义，总结了频率漂移率测试评定方法，比较分析了不同噪声情况下的频率漂移率估计方法，并用实验室真空状态铷钟的频率偏差数据和GPS卫星钟的精密星历数据进行了计算分析，表明铷钟都有明显频漂，GPSIIR铷钟的日漂移率在10^-15。量级，而铯钟频漂不是很明显。研究了频漂对原子钟时域稳定性影响规律，还利用模拟数据进行了计算分析。验证了方法的有效性．     

星载原子钟稳定性影响分析

以最大限度保持星载原子钟稳定性计算结果的准确、可靠性为目标,分析了原始数据采样间隔、非连续间断时间序列、无数据段、频率漂移等因素对原子钟稳定性计算结果的影响。利用GPS卫星精密钟差数据针对阿仑和哈达玛方差进行了影响量级分析,得出了有益的结论。     

统计同步算法原理及在局域网中的应用

针对局域网中计算机间的时间同步问题,分析了统计同步算法PCS的基本原理,介绍了局域网中网络延迟精确测定的方法,提出了利用一台时统设备实现局域网中PCS算法精度测试的方法,给出了频率漂移的修正公式,并在局域网中对算法性能进行了测试。测试结果表明,计算机时钟的漂移是影响算法精度的主要因素。经过频漂修正,PCS算法性能得到了很大的改善,同步周期较设计周期大大增加,算法同步精度在20min内优于1 ms。     

统计同步算法原理及在局域网中的应用

针对局域网中计算机间的时间同步问题,分析了统计同步算法PCS的基本原理,介绍了局域网中网络延迟精确测定的方法,提出了利用一台时统设备实现局域网中PCS算法精度测试的方法,给出了频率漂移的修正公式,并在局域网中对算法性能进行了测试.测试结果表明,计算机时钟的漂移是影响算法精度的主要因素.经过频漂修正,PCS算法性能得到了很大的改善,同步周期较设计周期大大增加,算法同步精度在20min内优于1 ms.     

基于89C55WD单片机的32位高精度计时器

针对实际测试工作的需要,为了精确测量连续脉冲信号的间隔时间,提出了一种利用两个32位计时器进行连续脉冲间隔时间的测量方法。这两个32位计时器是由89C55WD单片机内部的两个16位定时器/计数器扩展而成的。首先,将输入的信号经过高速光耦合器和采样电路处理;然后,89C55WD在中断方式下利用两个32位计时器交替对连续脉冲信号的间隔时间进行测量。通过合理分配中断资源,保证了装置工作的可靠性。该装置结构简单,频率范围广,并且达到了较高的精度,经过实际测量完全可以满足要求。     

基于89C55WD单片机的32位高精度计时器

针对实际测试工作的需要,为了精确测量连续脉冲信号的间隔时间,提出了一种利用两个32位计时器进行连续脉冲间隔时间的测量方法.这两个32位计时器是由89C55WD单片机内部的两个16位定时器/计数器扩展而成的.首先,将输入的信号经过高速光耦合器和采样电路处理;然后,89C55WD在中断方式下利用两个32位计时器交替对连续脉冲信号的间隔时间进行测量.通过合理分配中断资源,保证了装置工作的可靠性.该装置结构简单,频率范围广,并且达到了较高的精度,经过实际测量完全可以满足要求.     

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。     

Numerical prediction methods for clock deviation based on two-way satellite time and frequency transfer data

Three functional models, polynomial, spectral analysis, and modified AR model, are studied and compared in fitting and predicting clock deviation based on the data sequence derived from two-way satellite time and frequency transfer. A robust equivalent weight is applied, which controls the significant influence of outlying observations. Some conclusions show that the prediction precision of robust estimation is better than that of LS. The prediction precision calculated from smoothed observations is higher than that calculated from sampling observations. As a count of the obvious period variations in the clock deviation sequence, the predicted values of polynomial model are implausible. The prediction precision of spectral analysis model is very low, but the principal periods can be determined. The prediction RMS of 6-hour extrapolation interval is 1 ns or so, when modified AR model is used.