基于GPS的时钟同步模型选择与实验分析

由于GPS已经成为高精度时间传递的有效便捷手段,基于GPS的时钟同步技术在许多计算机自动控制领域内具有重要应用.本文介绍了计算机内部高精度时钟与GPS进行时间同步的原理,建立了时钟同步一阶和二阶数学模型;采集实测数据进行了实验分析,结果表明一阶模型比二阶模型精度高,且稳定;对影响时钟同步结果精度的几个参数进行了实验分析...     

高精度测量系统的时间基准确定和相位校准方法研究

针对高精度测量系统的时间基准确定和相位校准需求,提出了一种时间基准的高精度相位确定和校准方法,以解决系统中校准精度较低的问题. 该方法利用现场可编程门阵列（FPGA）延迟线对时间基准进行延时控制并且结合相位跳变检测技术.首先准确判断时间基准在被系统时钟采样时发生相位跳变的区间,其次准确测量出稳定时间基准所需要的延时值,最后对时间基准进行内部延迟,并对延迟后的时间基准进行系统同步. 所提方法具有校准精度高、设计简洁的特点. 搭建了一套仿真验证平台并结合计算机对所提方法进行了功能性验证.所提方法已应用在高精度测量系统中.      

单基站CORS系统的定位精度研究

随着GPS技术的飞速前进,利用网络RTK技术建立的连续运行卫星定位系统已成为GPS应用的发展热点之一,对其解算结果的精度及稳定性提出了更高的要求。简要介绍了影响单基站CORS系统定位精度的主要因素,并对系统的定位精度进行了分析。实验表明:综合使用几种方法,可以较全面、有效地检测CORS系统的定位精度。     

提取计算机内部高精度时间用于同步测量

探讨了计算机内部时间产生原理和特点;提出了获取计算机内部高精度时间用于时间测量或测量同步的几种方法,并对其计时精度进行了检测实验和分析.结果表明,基于B1OS中断的计时,其精度约为55 ms;用底层语言读取8253(或8254)计时芯片通道所求出的时刻精度为2×10-3s;而通过读取64位高分辨率性能计数器的计数值及计数频率来求定时间段,其精度可达到2×10-6s.且随着计算机技术的发展,计时精度有不断提高的趋势.     

提取计算机内部高精度时间用于同步测量

探讨了计算机内部时间产生原理和特点 ;提出了获取计算机内部高精度时间用于时间测量或测量同步的几种方法 ,并对其计时精度进行了检测实验和分析。结果表明 ,基于BIOS中断的计时 ,其精度约为 5 5ms ;用底层语言读取 82 5 3(或 82 5 4)计时芯片通道所求出的时刻精度为 2× 10 -3s ;而通过读取 6 4位高分辨率性能计数器的计数值及计数频率来求定时间段 ,其精度可达到 2× 10 -6s。且随着计算机技术的发展 ,计时精度有不断提高的趋势。     

利用POS数据进行像点坐标粗差检测

本文根据同名像点存在的几何位置关系,提出一种利用POS数据进行像点坐标粗差检测的方法,用模拟数据验证了方法的正确性和有效性,并利用两组不同摄影比例尺的实际航摄资料进行了试验.试验表明,用该方法剔除像点坐标中的粗差后,立体像对相对定向精度得到很大提高.在保证POS数据内部相对精确的情况下,其整体系统误差对粗差检测结果没有...     

结合纹理信息的高分辨率遥感图像变化检测方法

高分辨率遥感图像的纹理信息同光谱信息一样能有效地用于检测变化信息,而一些基于中低分辨率遥感图像的变化检测方法多以光谱信息为研究对象,忽略了图像中的纹理信息.针对这一问题,尝试将高分辨率图像的光谱信息与纹理信息一起用于“差值主成分变化检测”方法中,一方面借助高分辨率图像间纹理信息的差异获取变化区域内部的细节信息,以弥补高分辨率图像间光谱区分度相对不足的缺点;另一方面借助纹理信息在变化区域内部的连结作用,对变化检测结果进行狭窄缺口连结、内部孔洞填充等后续处理,从而使检测结果更加完整.实验结果表明,该方法对光谱反射信息相近、但纹理信息有较大差异的变化区域具有良好的检测效果.     

北斗卫星时钟解耦控制电网信息同步采集系统设计

针对电网信息采集的同步问题,设计了一种基于北斗系统授时的时钟解耦控制电网信息同步采集系统。通过对比目前常用的时间同步方法及常用时钟源,提出了一种双时钟源融合及无缝转换算法,给出了系统的硬件结构和软件设计。通过实验表明,该系统同步精度高,性价比优良。     

面向5G网络应用的精确时间同步协议测试与分析

随着5G的普及和基站建设,对基站间时间同步精度提出了更高的要求．目前,精确时间同步协议(PTP)只能达到几十纳秒,且频率分布效果差,将其结合同步以太网(SyncE)技术后可以实现网络上所有时钟的频率与时钟源同步．WR(White Rabbit)技术在PTP+SyncE的基础上加入了全数字双混频鉴相器(DDMTD),对节点间相位差进行调整补偿,消除由相位噪声长时间累积引起的不同步,动态实现了整个网络节点的时钟同步．本文分别介绍了将SyncE与PTP结合的同步方法和WR同步方法的原理及实现过程,最后构建实验平台验证同步过程,测试证明可以分别达到百皮秒和几十皮秒的抖动,同步精度分别能达到纳秒和亚纳秒级别.      

利用GPS OEM板对计算机进行高精度授时的研究

本文介绍了GPS OEM板的授时原理及计算机内部守时原理；分析了计数器频率的稳定性，提出了修正方案；阐述TN用GPS OEM板对计算机授时的实现过程，并做了时间比对实验。结果表明，计数器频率的漂移对授时精度有较大的影响。经频漂修正后，授时精度和守时精度都得到了很大的改善，最终授时精度优于6μs。     

GNSS系统间钟差辅助定位研究

GNSS（global navigation satellite systems）系统时使用原子钟作为时间基准,相比使用晶振的GNSS接收机,其稳定度高出几个量级。GNSS系统间钟差相比接收机钟差具有更高的稳定度,如果可以充分利用此先验信息将有助于优化多GNSS系统的定位结果。分析如何充分利用系统间钟差更稳定这一先验信息,并测试引入这一先验信息对多系统单点定位结果的影响,推导了基于两种不同钟差估计方法的定位解算模型,给出了最小二乘和扩展卡尔曼滤波两种参数估计算法。通过比较不同模型和估计算法在静态和动态定位的实验结果,最小二乘法无法利用系统间钟差更稳定的特点改善定位精度;静态实验结果表明,扩展卡尔曼滤波自身有一定的降噪效果,若引入系统间钟差更稳定的先验信息,将更有利于减小噪声;动态实验结果表明,引入系统间钟差更稳定的先验信息可减弱扩展卡尔曼滤波的发散现象。     

Performance of the BDS3 experimental satellite passive hydrogen maser

Various types of onboard atomic clocks such as rubidium, cesium and hydrogen have different frequency accuracies and frequency drift rate characteristics. A passive hydrogen maser (PHM) has the advantage of low-frequency drift over a long period, which is suitable for long-term autonomous satellite time keeping. The third generation of Beidou Satellite Navigation System (BDS3) is equipped with PHMs which have been independently developed by China for their IGSO and MEO experimental satellites. Including Galileo, it is the second global satellite navigation system that uses PHM as a frequency standard for navigation signals. We briefly introduce the PHM design at the Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) and detailed performance evaluation of in-orbit PHMs. Using the high-precision clock values obtained by satellite-ground and inter-satellite measurement and communication systems, we analyze the frequency stability, clock prediction accuracy and clock rate variation characteristics of the BDS3 experimental satellites. The results show that the in-orbit PHM frequency stability of the BDS3 is approximately 6 × 10^?15 at 1-day intervals, which is better than those of other types of onboard atomic clocks. The BDS3 PHM 2-, 10-h and 7-day clock prediction precision values are 0.26, 0.4 and 2.2 ns, respectively, which are better than those of the BDS3 rubidium clock and most of the GPS Block IIF and Galileo clocks. The BDS3 PHM 15-day clock rate variation is ? 1.83 × 10^?14 s/s, which indicates an extremely small frequency drift. The 15-day long-term stability results show that the BDS3 PHM in-orbit stability is roughly the same as the ground performance test. The PHM is expected to provide a highly stable time and frequency standard in the autonomous navigation case.     

实时卫星钟差基准精化方法

在基于精密单点定位(PPP)的授时方法中,卫星钟差产品的高精度时间基准至关重要. 针对实时卫星钟差产品时间基准不够稳定的问题,本文采用一组具有原子钟外部输入的国际全球卫星导航系统(GNSS)服务(IGS)跟踪站建立了顾及原子钟变化特性的基准精化方法. 该方法首先采用阿伦方差对不同的IGS跟踪站外接原子钟进行稳定度分析,挑选出一组稳定度高的原子钟用以精化时间基准. 在此基础上,利用阿伦方差分析各台原子钟的噪声参数特征,并确定不同原子钟之间的权比关系. 最终,建立时间基准改正量的随机模型,并计算出精化后的时间基准. 通过实例验证表明:与IGS事后精密钟差产品定义的时间基准比较,改正后的实时钟差基准单天内的标准差(STD)优于0.1 ns,相比于改正前最高提升了93％. 同时,基准改正后的天内万秒稳达到10-15量级,实现了一个量级的提高. 此外,通过相对钟差精度的分析,表明钟差基准修正不影响PPP的定位精度.      

基于接收机钟差约束的精密单点定位时间传递研究

精密单点定位(PPP)技术起初主要面向定位与导航等位置应用. 近年来,PPP技术逐渐成为时间传递等非定位应用的一种重要且有效的手段. 如今,具有更高稳定性的氢原子钟也被越来越多的测站用来提供时间频率基准. 而传统的PPP时间传递方法通常在数据处理时将接收机钟差参数视为白噪声(WN)参数进行处理,并未充分利用原子钟的高稳定特性. 因此,基于实测数据计算得到氢原子钟的经验方差,提出了一种接收机钟差参数的约束方法来提高PPP时间传递性能. 通过三条时间链路进行验证分析,结果表明:相较于传统的PPP时间传递方法,提出的基于接收机钟差约束的PPP时间传递方法在整体上具有更高的稳定性,其中短期稳定性可以实现量级的提升.      

Method for evaluating real-time GNSS satellite clock offset products

Real-time satellite clock offset products are frequently utilized in navigation and positioning service fields. The precision of such products is a key issue for their application. The evaluation methods existed for satellite clock offset products are mostly based on post-processed satellite clock offset solutions, which will encounter problems in real-time product evaluation, especially for real-time satellite clock offset products estimated from data with regional stations only. We propose an improved evaluation method for global navigation satellite system (GNSS) satellite clock offset products. In the proposed method, we use all-satellite reference method instead of single-satellite reference method to eliminate the timescale in satellite clock offset products. Moreover, a preprocessing step is suggested to detect gross errors and initial clock bias before evaluating the precision of the satellite clock offsets. We conduct two examples to verify our method, and the experimental results show that the proposed method is more reasonable in assessing the GNSS satellite clock offset precision, and it also provides a reliable approach to analyzing the estimated satellite clock offset in both real-time and post-processed, or globally and regionally.     

北斗三号卫星钟差短期预报与稳定性分析

针对北斗三号(BDS-3)卫星钟短期预报问题,在分析卫星原子钟频率稳定性的基础上,选用时间序列模型(ARIMA)、灰色模型(GM)、一次多项式(LP)以及二次多项式(QP)四种钟差预报模型对30天的数据进行拟合预报分析. 实验结果表明:1) 相对于北斗二号(BDS-2),BDS-3原子钟具有更高的稳定性. 其中BDS-3氢钟的千秒稳定性、万秒稳定性和日稳定性分别达到了4.2×10?14、1.89×10?14、4.14×10?15;2) BDS-3氢钟和BDS-3新型铷钟的预报稳定性和精度相对于BDS-2铷钟有明显提高,并且BDS-3氢钟在3 h、6 h和12 h下的预报精度分别达到了0.12 ns、0.18 ns和0.30 ns;3) 在四种模型中,时间序列模型的预报精度最高,在3 h、6 h和12 h下精度分别为0.26 ns、0.47 ns和0.96 ns.      

一种新的北斗卫星钟差预处理方法

为了提高卫星钟差预报的精度,针对钟差数据中量级较小的误差,提出了一种基于中位数的小波阈值法钟差数据预处理策略。首先,利用小波阈值方法将钟差数据进行分解,得到分解后的高频系数和低频系数。然后,利用中位数法处理各层影响阈值设置的高频系数,通过处理后的高频系数计算阈值,从而提高小波阈值法剔除小异常值的能力。最后,用北斗二号卫星钟差数据进行了验证,结果表明,利用所提方法处理后的钟差数据建模,小波神经网络（wavelet neural network,WNN）模型预报的精度提高约14.1%,预报稳定性提高约19.7%。该方法可以有效剔除钟差历史观测序列中量级较小的误差,改善钟差数据质量,从而提高模型钟差预报的精度。     

MADOCA-LEX高频GPS卫星钟差 短期预测精度分析

日本准天顶卫星系统（QZSS）卫星通过L波段实时播发高频全球卫星导航系统（GNSS）精密轨道和钟差产品,为GNSS导航用户提供实时精密单点定位（PPP）服务. 本文以JAXA MADOCA数据中心提供的1 s采样率GPS卫星钟差数据为研究对象,首先采用阿伦方差对卫星钟差的短期稳定性进行评估;然后分别采用一阶多项式、二阶多项式和灰色模型对高频钟差产品进行建模,在5 s,10 s和30 s的拟合窗口内预报后续10 s内钟差,并基于预报残差的均方根误差（RMS）评定不同类型GPS卫星钟差产品的短期预报精度. 基于2020年1月1日-21日连续21天的实时高频钟差统计分析结果表明,不同型号的GPS卫星钟差1 s,5 s和10 s的短期稳定性均能达到10-12量级;对比预报精度显示,10 s以内的拟合窗口采用最简单的一阶多项式最为稳定可靠,10 s延迟预报RMS精度可控制在0.1 ns以内;若采用30 s的拟合窗口,考虑钟差频漂特性的二阶多项式则更为稳定可靠,预报钟差的RMS精度能达到0.15 ns以内．由此可见,本文基于MADOCA-LEX钟差产品的实时预报精度可以满足厘米级PPP的需求．      

Short-term analysis of GNSS clocks

A characterization of the short-term stability of the atomic frequency standards onboard GNSS satellites is presented. Clock performance is evaluated using two different methods. The first method derives the temporal variation of the satellite’s clock from a polynomial fit through 1-way carrier-phase measurements from a receiver directly connected to a high-precision atomic frequency standard. Alternatively, three-way measurements using inter-station single differences of a second satellite from a neighboring station are used if the receiver’s clock stability at the station tracking the satellite of interest is not sufficient. The second method is a Kalman-filter-based clock estimation based on dual-frequency pseudorange and carrier-phase measurements from a small global or regional tracking network. Both methods are introduced and their respective advantages and disadvantages are discussed. The analysis section presents a characterization of GPS, GLONASS, GIOVE, Galileo IOV, QZSS, and COMPASS clocks based on these two methods. Special focus has been set on the frequency standards of new generation satellites like GPS Block IIF, QZSS, and IOV as well as the Chinese COMPASS/BeiDou-2 system. The analysis shows results for the Allan deviation covering averaging intervals from 1 to 1,000 s, which is of special interest for real-time PPP and other high-rate applications like processing of radio-occultation measurements. The clock interpolation errors for different sampling rates are evaluated for different types of clocks and their effect on PPP is discussed.     

整数相位钟法精密单点定位模糊度固定模型及效果分析

精密单点定位(PPP)模糊度固定方法有3种:星间单差法、整数相位钟法和钟差解耦法,但目前仅法国CNES公开发布用于整数相位钟法PPP模糊度固定的产品,因此研究基于整数相位钟法的用户端PPP模糊度固定模型很有必要.本文分析了整数相位钟法PPP模糊度固定模型,着重指出该模型与传统浮点解PPP模型的区别;提出一种顾及质量控制的逐级模糊度固定策略用于具体实施PPP模糊度固定.大量动态PPP解算试验表明:与浮点解PPP相比,固定解PPP具有更快的收敛速度且定位精度和稳定性更好.