下行L波段轨道法时间比对计算模型误差分析

通过星地时间比对可以实现地面站与卫星之间的时间同步,主要采用的星地时间比对方法有星地无线电双向比对、卫星激光双向测距比对、下行L波段轨道法比对、伪码与卫星激光测距比对和伪距与星地测距比对等。本文介绍了下行L波段轨道时间比对法在地心惯性系中的计算模型,对影响下行L波段轨道法时间比对精度的主要误差源进行了详细分析。     

星地时间比对大气误差修正及其影响因素分析

由于空间环境较为复杂，大气对无线电微波信号的影响是星地高精度时间比对的主要误差源之一.针对星地高精度时间比对的需求，研究了双向测量体制下的电离层误差修正方法及对流层色散延迟修正方法，对影响大气误差修正的主要因素展开了讨论，并对不同场景下大气误差修正情况及星地时间比对结果进行了仿真分析.仿真结果表明：当卫星姿态误差控制在100 as以内、相位中心标定误差控制在5 mm以内、精密定轨误差控制在30 cm以内时，通过相应的误差修正算法修正后，电离层误差残差的RMS值小于0.006 ps，对流层误差残差的RMS值小于0.06 ps，星地时间比对精度优于皮秒量级.     

卫星双向共视法时间比对计算模型及其精度评估

根据卫星双向共视法时间比对的基本原理,详细推导该时间同步方法在地心惯性系中精确到卫星和地面站速度的二次幂以及加速度的一次幂的计算模型,并以GEO卫星和GPS卫星为例,分析该计算模型中的距离改正项时延对地面站问相对钟差的影响量级.结果表明:对于GEO卫星、GPS卫星与地面站之间的比对,当要求1 ns的计算精度时,距离改正项时延只需要考虑到卫星速度项、地面站速度项的影响;当要求1 ps的计算精度时,还需要考虑到卫星速度二次幂项、卫星加速度项、地面站与卫星相对钟差对卫星速度项、地面站间相对钟差对地面站速度项的影响.     

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。     

卫星双向共视法时间比对计算模型及其精度评估

时间同步技术是卫星导航定位系统设计的关键技术之一。根据卫星双向共视法时间比对的基本原理,详细推导了该时间同步方法在地心惯性系中精确到卫星和地面站速度的二次幂以及加速度的一次幂的计算模型,并以GEO卫星和GPS卫星为例,分析了该计算模型中的距离改正项时延对地面站间相对钟差的影响量级。结果表明：对于GEO卫星、GPS卫星与地面站之间的比对,当要求 的计算精度时,距离改正项时延只需要考虑到卫星速度项、地面站速度项的影响;当要求 的计算精度时,还需要考虑到卫星速度二次幂项、卫星加速度项、地面站与卫星相对钟差对卫星速度项、地面站间相对钟差对地面站速度项的影响。     

星地测量数据部分丢失对卫星钟差预报精度的影响

本文研究了不同的测量数据丢失概率对卫星钟差预报精度的影响,给出了卫星钟差的3阶白噪声状态方程和基于星地无线电双向时间比对的测量方程,得到了类似于Kalman滤波器的递归形式和修正Riccati方程;随着时间的推进,修正Riccati方程的预测误差逐渐减小,直至达到稳态;并根据修正Riccati方程,采用数值分析方法得到了典型参数情况下卫星钟差预报精度与测量数据有效率的关系曲线。     

无源卫星导航系统星地双向无线电时间比对实现

介绍了无源卫星导航系统星地无线电时间比对的原理，给出了星地无线电时间比对在扩频测控信道中实现的方法，并对各种误差因素进行了分析。     

传输型立体测绘卫星定位误差分析与评估

分析了影响传输型立体测绘卫星影像定位精度的误差源,建立了星地误差仿真与评估模型,进行了星地链路误差仿真计算。实践表明:利用星地全链路误差仿真与评估数学模型可以实现星地误差链路的定量分析,为卫星系统指标论证和研制提供技术支撑。     

基于北斗授时和星历的卫星跳频通信方法

提出了一种基于北斗授时和卫星星历实现跳频同步并且适用于卫星与地面站上下行链路的跳频通信方法。首先基于卫星星历,采用SGP4模型预测卫星轨道,计算卫星与地面站的相对位置和相对速度,然后估计电波传播时延和多普勒频偏,最后在地面站分别进行预校正与补偿,完成星地的高速跳频通信。仿真实验结果表明,与传统的跳频系统相比,该方法硬件复杂度低,电波传播时延估计精度优于300ns,归一化多普勒频偏估计精度优于1×10~(-8),开销为1%时跳频速率可达20 000Hops/s,具有优良的抗干扰和抗截获性能。     

中国区域电离层延迟改正模型建立方法的研究

电离层是影响卫星导航定位的主要误差源之一,建立电离层延迟改正模型对提高卫星导航定位的精度是十分必要的,本文采用球谐函数对中国区域电离层延迟改正模型的建立进行了研究,并分析了模型的精度。     

卫星双向共视法时间比对中Sagnac效应计算模型

根据卫星双向共视法进行时间比对的基本原理,详细介绍了Sagnac效应产生的原因。并以圆轨道地球静止同步卫星为例,推导了卫星双向共视法时间比对中Sagnac效应在地心惯性系的基本计算模型。给出了当地面站在赤道上和不在赤道上这两种情况下,Sagnac效应的详细计算过程。     

基于星地/星间联合观测的时间比对方法

星间观测实现了移动卫星的连续跟踪,是提升卫星钟时间比对精度的重要手段。研究了基于星地/星间联合观测时间比对技术;推导了星地/星间时间同步比对模型;给出了星间钟差到星地钟差的一致性归算方法。理论上加入星间观测移动卫星钟差预报精度能大幅提升,但异质观测设备导致钟差观测序列不连续,影响了卫星钟预报精度。研究了小幅钟差跳变的探测与补偿技术,提出了基于传统粗差探测与相邻历元组差相结合的钟差跳变探测方法,有效消除了异质观测设备带来的钟差不一致性,提升了卫星钟预报精度。最后利用实测与仿真数据验证了所提出的理论和方法的正确性和有效性。     

星地双向时差测量系统周跳探测与修复算法

随着空间时间频率基准的精度越来越高,需要与之匹配的空间时频传递技术. 基于载波相位的星地双向时差测量方法可以实现更高的时间频率传递精度,但对于复杂的星地环境,由于航天器飞行动态高,时频传递链路的传输频率高,载波多普勒效应大,更容易出现粗差和周跳. 基于此,研究一种适合高动态环境下的星地双向时差测量系统载波相位周跳探测与修复方法,提出一种适用于三频组合模式的双向周跳探测与修复方法. 该方法联合双频码相 (MW)组合法可以实现不同类型周跳的探测与修复,对于上下行三条微波链路均可探测出周跳的存在并实现毫米级周跳修复精度. 进一步对基于载波相位测量的星地双向时差测量系统的星地时间同步性能进行分析,在经过周跳探测与修复,以及链路时延数据处理,其星地时间同步精度优于0.3×10–12 s.      

卫星激光测距精度分析

卫星激光测距是已知大地测量方法中精度最高的一种,是无线电双向测距的有效检核手段,其测距数据具有精度高、稳定性好等优点,通过介绍激光测距误差的影响因素,分析误差产生原因,使用合理手段消除误差影响进一步提高激光测距精度。     

伪距与激光测距法时间比对计算模型及其精度评估

卫星导航定位系统测距的基础是测时,而定轨和定位的前提是各观测量的时间同步,因此,时间同步技术是卫星导航定位系统建设的关键技术基础之一。卫星导航定位系统中时间同步技术包括卫星与地面(星-地)和地面站间(地-地)的时间同步。在本文中,根据伪距与激光测距法时间比对的基本原理,详细推导了地心惯性系中伪距与激光测距法时间比对的基本计算模型,为实现星地之间高精度的时间同步提供了参考。     

下行L波段轨道法时间比对中Sagnac效应的计算

根据下行L波段轨道法进行时间比对的基本原理,详细介绍了Sagnac效应产生的原因。并以圆轨道地球静止同步卫星为例,推导了下行L波段轨道法时间比对中Sagnac效应在地心惯性系中的基本计算模型,给出了当地面站在赤道上和不在赤道上这两种情况下Sagnac效应的详细计算过程。     

导航综合基带的设计与实现CSCD

中国区域导航定位系统(CAPS)是我国一种具有自主知识产权的新型卫星导航系统.基于卫星转发地面产生的导航信号的工作模式,实现卫星导航功能.导航综合基带是CAPS主控站的重要终端设备.利用无线电软件设计思想,设计了导航综合基带总体架构.采用标准面向仪器系统的PCI扩展(PXI)机箱结构,基于总线设计,可扩展性强.基带的关键技术包括发射信号的频率补偿技术,高精度接收技术,设备高稳定时延保持技术.实际测试结果表明:该导航综合基带性能良好,伪码测量精度优于0.20 ns,通道时延稳定度优于0.25 ns,频率补偿精度优于0.8 Hz,满足CAPS的需求.     

基于一阶模型补偿的GNSS RTK参考站数据预报策略

针对相对定位过程中基准站通信中断的情况,本文作者提出了一种对基准站数据进行高精度预报,维持向参考站提供延迟差分修正信息的思路. 对影响全球卫星导航系统(GNSS)观测值预报的卫星星历误差、电离层、对流层等误差源进行分析,比较了各类误差源对延迟时长的敏感程度. 实验结果显示:预报误差随着预报时长增加线性累积,且与卫星高度角负相关;当高度角低于10°时,预报5 min造成的误差可达174.6 cm. 同时,为提高数据预报精度,利用一阶线性模型计算误差累积速率,并补偿至预报观测值. 补偿后,上述预报累积误差削弱至64.4 cm. 定位结果表明:当基准站数据缺失1 min时,经一阶线性模型补偿预报后,零基线实时定位(RTK)定位结果在,东(E)、北(N)、天(U)三个方向均方根误差(RMSE)分别为0.37 cm、0.41 cm、0.86 cm,较未补偿时提升71.1%、77.2%和90.0%;当预报延迟为5 min时,仍能保持cm级解算精度.      

基于星间距离变化的动态双向时间同步算法

以卫星双向时间同步算法为基础,分析了运动卫星之间的双向时间同步信号传播延迟随星间距离的变化特点,推导了按此算法计算得到的卫星钟差随星间距离的变化规律,提出了一种利用星间伪距拟合多项式和钟差拟合多项式联合求解高精度星间钟差的卫星动态双向时间同步算法。实际卫星的仿真数据表明,该算法能够把星间的时间同步误差控制在5 ns以内,可用于星间高精度时间同步。