基于“北斗”观测数据的C波段双向卫星时间频率传递中的电离层改正

为了提高C波段双向卫星时间频率传递(TWSTFT)精度,用载波相位观测值平滑伪距的方法,计算电离层延迟对C波段双向卫星时间频率传递的影响。在临潼站和喀什站观测北斗G3星并进行双向比对。该实验结果表明,实验期间C波段双向卫星时间频率传递中电离层延迟影响的最大值为0.47 ns。     

北斗卫星单系统精密定轨方法对比分析

提出了联合使用载波相位和相位平滑伪距实现北斗卫星双差动力法精密定轨,给出了北斗卫星非差动力法和双差动力法精密定轨的数据处理流程,分析了两种方法的异同.结合实测数据,对比了两种方法的实际定轨效果,结果表明:一定测站布局下,利用两种方法,GEO(Geostationary Earth Orbit Satellite)卫星3维精密定轨精度均能达到1 m左右量级,IGSO(Inclined Geosynchronous Earth Orbit Satellite)和MEO(Medium Earth Orbit Satellite)卫星优于0.5 m,3类卫星的径向定轨精度均优于10 cm.较之非差动力法,双差动力法对GEO卫星精密定轨精度具有一定的改善作用,两者在IGSO卫星精密定轨上效果基本相当,但在MEO卫星定轨上,非差动力法结果更优.     

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。     

北斗星地双向时频传递与广广播钟差精度分析

与其他卫星导航系统不同,北斗卫星导航系统采用星地双向时间比对技术,直接测量卫星钟相对于地面保持的系统时间的钟差,并用于广播电文钟差参数的建模。讨论了电离层延迟误差、卫星相位中心误差等不同误差源对不同类型卫星双向时间同步卫星钟差精度的影响。实测数据分析结果表明,星地双向卫星钟差内符合精度(RMS)优于0.15 ns。利用双向卫星钟差序列,对广播星历钟差参数预报精度进行了分析,统计结果显示广播电文钟差参数预报1 h,精度在2 ns以内,移动卫星刚入境时,钟差参数预报6 h误差可达10 ns。     

卫星双向非连续时间比对的结果分析1

双向卫星时间比对是一种高精度的远程时间比对手段,其比对经常不是连续进行的。为分析非连续双向卫星时间比对的水平,使用中国科学院国家授时中心的C波段双向卫星时间比对网的数据进行试验。采用的方法是对非连续双向卫星时间比对的结果进行内插,将内插结果与连续双向卫星时间比对的结果进行比较。结果表明本文试验条件下观测间隔时间在2.5 d以内时,非连续与连续观测结果之差的RMS值小于1 ns;观测间隔时间为0.5 d时,非连续与连续观测结果之差的RMS值小于0.5 ns。     

北斗卫星导航系统服务精度评估

精度是北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)服务指标体系的重要内容.给出了北斗卫星导航系统精度指标的含义及精度指标的评估方法,利用实测数据分析了北斗系统实际实现的精度指标,并将其与GPS系统实际实现的精度指标作比较分析.DOP(几何精度因子)值由卫星导航系统空间星座分布决定,是影响用户定位授时精度的重要因素,比较了北斗与GPS在中国区域DOP值分布的差异.GPS系统PDOP(定位几何精度因子)分布均匀,随用户经度和纬度变化不大,在1.0–2.0之间.而受混合星座影响,北斗系统PDOP分布随着测站经度和纬度变化较大,变化范围为1.5–5.0;且随测站纬度增加而变大,由中心经度(东经118?)向两侧不断变大.对于影响用户等效距离误差的空间信号精度进行了比较分析.利用IGS(国际GNSS服务组织)提供的事后精密轨道、激光跟踪数据和北斗双向时频传递测量的卫星钟差评估了北斗基本导航电文的精度.结果表明:北斗IGSO(倾斜地球同步轨道)卫星和MEO(中轨道)卫星轨道径向误差约为0.5 m,大于GPS卫星轨道小于0.2 m的径向误差.北斗GEO(地球同步轨道)卫星激光残差约为65 cm,IGSO卫星和MEO卫星激光残差约为50 cm.受卫星钟差数据龄期影响,MEO卫星钟差参数误差明显大于IGSO卫星和GEO卫星,约为0.80 m.最后,采用MGEX(多GNSS系统试验项目)多模接收机进行了定位试验,分析了北斗系统和GPS在定位精度上的差异.结果表明:受星座构型影响,北斗卫星导航系统定位精度与GPS系统定位精度相比有所差异,但满足水平定位精度优于10 m、高程定位精度优于10 m的设计要求,双系统组合定位精度好于单一系统定位精度.     

C波段卫星双向时间传递的系统性能验证

中国科学院国家授时中心在全国范围内部署建设了卫星地面观测系统,利用该系统可以进行C波段卫星双向时间频率传递(TWSTFT);TWSTFT是目前国际上远程时间频率标准之间比对精度最高的比对手段之一,但是如何验证TWSTFT的性能,仍是目前研究的难点;为验证该系统TWSTFT的性能,设计了三站闭合方法,在3个站点间两两进行TWSTFT,根据两组比对结果推算第3组比对结果,与第3组实测结果的偏差反映了卫星双向时间传递的精度,最后用实际试验结果对卫星双向时间传递的性能进行了分析;该实验结果表明两两进行TWSTFT得到的三站闭合差数据均优于1 ns。     

北斗亚欧全视时间比对试验

基于卫星导航双频时间传递型接收机的伪码观测量,利用国际全球卫星导航系统服务组织(International Global Navigation Satellite System (GNSS) Service, IGS)提供的高精度卫星轨道和钟差产品,实现了北斗全视法时间比对.以IGS提供的时间尺度为两个待比对站的公共参考时间,首先使用双频组合法消除电离层对伪距观测的影响,然后将对流层和地球自转效应带来的时延利用理论模型在伪码观测量中进行扣除,分别获得两个比对站时间与公共参考时间之差后,将2者再做差,便得到了北斗全视时间比对结果.以中国科学院国家授时中心(NTSC)、德国物理技术研究院(PTB)和西班牙海军天文台(ROA)所保持的国家标准时间作为比对对象,开展了长基线北斗全视时间比对试验,获得北斗全视时间传递结果,最后利用阿伦方差和时间方差两项关键性能指标以及卫星双向时间比对对其进行性能评估.结果表明:北斗全视时间比对的天稳为10-14量级,可以满足国际时间比对需求.     

基于伪距测量的钟差计算模型

基于伪距和钟差定义,讨论了无线电时间比对的基本原理。在此基础上,详细推导了地心非旋转坐标系中一般意义下基于伪码测距模式的钟差计算模型,并通过坐标变换,给出了地固系中的实用计算模型。对地回系计算模型的进一步分析表明：卫星在地固系运动速度引起的改正项与sagnac效应项是完全不同的两项改正;对于GEO卫星,sagnac效应项最大约为200ns,其地固系运动速度引起的改正约为1ns;而对于MEO卫星,sagnac效应项最大为120ns,其地固系运动速度引起的改正约为1200ns。     

基于1Mcps/s码速率的亚欧卫星双向时间比对性能分析

卫星信道租赁费是目前卫星双向时间传递(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer, TWSTFT)的主要成本之一.在2017年5月以前,参与UTC (Coordinated Universal Time)计算的亚洲-欧洲实验室之间进行Ku波段卫星双向时间频率传递一直使用2.5 Mcps/s码速率,带宽为2.5 MHz的伪随机码.为了在不影响时间频率传递性能的前提下降低成本,在欧亚间首次尝试采用1 Mcps/s码速率,带宽为1.7 MHz的伪随机码,进行亚欧卫星双向时间传递.并使用已校准的GPS PPP (Global Position System Precise Point Positioning)链路为双向链路进行间接校准.选择2018年12月的TWSTFT链路数据,分析链路性能发现,通过ABS-2A卫星,使用1 Mcps/s码速率构建的卫星双向时间比对链路的日频率稳定度达到10~(-15),时间稳定度优于0.3 ns.与已校准的GPS PPP链路数据进行验证分析,结果表明,使用1 Mcps/s码速率进行超长距离卫星双向时间传递与已校准的GPS PPP时间传递结果一致,与传统手段相比,其系统造价低,时间传递性能可以满足国际原子时计算的需求.     

利用卫星进行双向时间传递

介绍了利用卫星进行双向时间传递方法的原理（TWSTT），包括了电离层延时误差、卫星转发时延、接收机和发射机时延和相对论效应修正误差。作者使用昆明站和临潼站的观测数据进行处理。得到高精度的时间比对。     

基于天文开源软件的卫星干涉测量数据处理系统

VLBI (Very Long Baseline Interferometry)技术观测卫星需要对干涉测量数据进行相关和后处理,通过相关、时延校准、条纹搜索,最终得到卫星的基线几何时延.基于天文开源软件建立起一套卫星干涉测量数据处理系统.该系统可工作在实时和事后两种状态,实现相关、中性大气、电离层、钟模型以及仪器硬件的时延校准、条纹搜索、生成基线时延和时延率序列.使用该系统处理北斗GEO (Geosynchronous Earth Orbit)卫星的干涉测量试验数据,得到了精度在1–2 ns量级的卫星基线时延序列.     

基于IGS MGEX产品分析GPS PPP时间传递

基于Bernese 5.2软件,利用精密单点定位(PPP)的方法,分别采用只包含GPS单系统的IGS快速、最终产品和由IGS多GNSS实验(MGEX)先导项目分析中心GFZ和CODE提供的包含4系统的产品,共4种不同的精密卫星轨道和钟差产品,对PTB-NTSC和PTB-ROB两条国际时间比对链路2个月的GPS数据进行了时间传递试验。选取使用IGS快速产品的时间传递结果为参考,以其他产品时间传递结果与参考值的差异来评价不同精密产品尤其是包含4系统的MGEX产品对GPS PPP时间传递的影响。试验结果表明,不同产品时间传递结果差异的RMS在0.1 ns左右,验证了MGEX多系统产品可以用于GPS PPP时间传递。考虑到MGEX产品本身的自洽性,该结果可以为后续基于MGEX产品进行北斗、Galileo PPP时间传递提供参考。     

利用同步卫星进行中日双向时间传递

时间同步是高精度授时不可缺少的环节。利用同步卫星进行双向时间传递可最大限度地消除路径因素对时间同步的影响,并且可准确,适时地得到高精度的比对结果。国际计量局（ＢＩＰＭ）为改善世界范围内时间同步,提出了全球双向卫星时间传递（ＴＷＳＴＴ）计划。由中国科学院陕西天文台（ＣＳＡＯ）和日本邮政省通信综合研究所（ＧＲＬ）所进行的双向卫星时间传递经过一年的工作,已经得到了较好结果,进一步的分析正在进行中。     

GPS全球电离层TEC的并行算法建模及初步结果分析

根据高精度卫星导航定位和全球电离层活动监测的需要,利用全球370多个GPS基准站的双频相位实测数据,监测全球电离层总电子含量变化和GPS卫星及接收机的DCB。由于数据量大、数据处理时间长,很难实现高精度快速建模,为此我们采用OpenMP并行算法来加快数据处理速度。实验表明,相对于串行处理,并行处理在8核服务器下能加速7倍以上,在48核服务器下能加速超过40倍。将本文的初步建模结果与CODE、JPL等分析中心的结果进行比较,表明用该方法建立的模型是可靠的。其卫星DCB结果相对于CODE发布的结果精度为0.4ns,相对于JPL发布的结果其精度达到0.3 ns。其测站DCB相对于2个分析中心结果的精度均优于2 ns,垂直总电子含量相对于各分析中心的GIM产品的精度都在5.3TECU以内,相对于CODE的结果的精度最高,达4 TECU。     

星地无线电双向时间比对模型及试验分析

星地时间同步是卫星导航系统的一个关键技术,是实现卫星导航定位的基础.针对星地时间同步问题,讨论了一种星地无线电双向时间比对方法,详细推导了该方法中星地上下行伪距的归算模型,给出了星地钟差的实用计算模型.该方法通过上下行伪距求差.消除了对流层延迟,卫星星历误差和地面站站址坐标误差等共有误差影响,与信号频率有关的电离层延迟也被很大程度地削弱,从而大大提高了时间比对精度.最后,利用实测数据进行了试验分析,结果表明:星地无线电双向时间比对精度能够达到约0.34ns,验证了理论方法和模型的正确性.     

卫星双向法时间比对的归算

卫星双向法比对原理为两个台站同步发送和接收时间信号，可消除传递路径误差，因此比对精度高，它的缺点是效率低，占用大量卫星时间，也不适合于自动化操作，现正在研制的终端可多台站同时观测，克服了上述缺点，利用新的终端提出一种新的处理方法，研究表明多台站观测的同时性有更多的信息可提取，以提高比对精度。     

伪距测量中的时标偏差影响分析

伪距是卫星导航系统的基本观测量,是实现导航定位、精密定轨和精确授时的基础。基于伪距、钟差和时标偏差的概念与定义,讨论了时标偏差对卫星伪距测量的影响特性;在此基础上,给出了利用伪距O-C(观测值与计算值之差)进行时标偏差解算的计算模型;理论分析表明:时标偏差影响主要体现在伪距变率项;对于MEO卫星,时标偏差影响不仅会使真实的O-C曲线斜率变大、曲线变长,而且会使多个弧段O-C曲线呈现锯齿状,表现为每个弧段解算的参数不能用于跨弧段预报。最后,利用北斗试验系统MEO卫星实测数据进行了验证分析,试验结果表明:采用实测数据计算的时标偏差精度约在0.02s左右,不同弧段解算结果比较稳定,并且扣除时标偏差后的O-C计算结果也与理论结果具有较好的一致性,从而验证了本文时标偏差理论分析和计算模型的正确性。     

用于JATC远程时间比对的双频GPS接收机

中国科学院国家授时中心为“我国综合原子时（JATC）建立与保持的研究”项目研制的双频多通道GPS时间传递接收机NTSCGPS-2，不仅具有远程时间比对的功能，还增加了我国综合原子时需要的本地钟比对功能和精密定位功能。在不增加其它比对设备的情况下，满足JATC项目对远程时间比对的要求。NTSCGPS-2具有如下性能特点：（1）采用双频观测，可实测电离层时延；（2）远程（西安-上海、西安-澳门）时间比对精度达到2ns；（3）具有本地钟间的比对功能，在正常共视观测的同时，还可进行2个本地钟间的比对；（4）具有精密定位功能，相对定位精度为5cm。     

基于iGMAS的北斗三号组网星数据初步分析

北斗卫星导航系统目前已经完成北斗卫星导航试验验证系统和北斗区域卫星导航系统,正在建设北斗全球卫星导航系统,简称北斗三号系统.截至2018年11月,北斗三号系统已经发射19颗组网星.为了了解新发射组网星的信号、数据质量和目前能达到的定轨精度,基于2018年5月18日至28日22个国际GNSS (Global Navigation Satellite System)监测评估系统(iGMAS)跟踪站的数据,从观测噪声和伪距多路径两方面分析比较了最早发射的8颗北斗三号组网星新旧信号的数据质量,分别用旧信号B1I、B3I和新信号B1C、B2a对北斗三号组网星和GPS进行联合定轨实验.实验结果表明,新信号B2a的数据质量与旧信号相当, B1C的数据质量略差于老信号;比较3 d解重叠弧段(48 h)轨道和钟差结果,新旧信号的结果相当, B1I/B3I和B1C/B2a定轨的3维位置精度(3D-RMS)都在35 cm左右,钟差结果基本在0.5 ns以内.