时频传递的改进整数相位钟方法

整数相位钟法是精密单点定位（PPP）中应用最广泛的模糊度固定方法之一。利用整数相位钟法进行频率传递的稳定度优于传统PPP,但该方法的钟差计算结果包含系统性偏差,影响时间传递精度。本文介绍了整数相位钟法基本原理,分析了钟差计算结果所包含的系统性偏差成因,提出一种基于星间单差模糊度固定与原子钟精化模型的改进整数相位钟法,并检验改进整数相位钟法的模糊度固定性能与时频传递性能。试验结果表明,改进算法能够有效消除该系统性偏差,利用改进整数相位钟法进行时间传递精度能够达到0.1~0.2 ns,频率传递稳定度达到1.1×10^-15/d。     

空间激光链路时频传递算法及仿真分析

利用空间高精度时频系统提供的超高精度时间频率信号,可以开展一系列空地时频传递和基础物理实验,支撑相对论及相关理论的高精度检验。针对空间激光链路时频传递算法进行了理论推导及仿真分析。首先,从星地激光双向时间比对理论公式出发,对比分析了X型星地双向时间比对与Lambda型星地双向时间比对的优缺点。其次,针对空间站轨道高度讨论了相对论效应对坐标时与原时转换的影响。最后,讨论了空地时频比对数据不连续性对空间站高精度原子钟稳定性评估的影响。结果表明：(1)基于激光测距方式的Lambda型双向时间比对可以抵消一阶多普勒对上下行距离项差异的影响,且Sagnac项影响的增大可忽略;(2)星地时间比对中坐标时和原时转换的相对论项对空间站位置的速度精度提出了高要求,为实现1×10-18量级的频率偏差比对精度,空间站地心距精度要求为1 dm,速度精度要求为0.1mm/s;(3)受空间站对地可见性影响,仅利用国内测站无法通过星地链路进行中短期原子钟稳定性的评估。     

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.      

GNSS载波相位精密时间传递数据处理技术综述

精密时间传递是时频领域最为基础的工作之一,在科技、经济、军事和社会生活中具有重要作用.全球卫星导航系统(GNSS)因其众多优势成为精密时间传递的重要手段,尤其是近些年发展的基于高精度载波相位观测值的时间传递技术成为GNSS时频领域的研究热点.本文对GNSS载波相位精密时间传递相关的研究进行了全面总结,对其数据处理涉及的观测模型、模糊度处理方法进行了归纳阐述,对精准性、一致性、稳健性、连续性、实时性、完好性等技术进行了探讨,并指出该领域未来应该重点解决非差与差分处理模型统一性、不同机理融合时间服务统一性和天空地海地下时间服务无缝性问题.     

北斗星载时间频率系统发展综述

北斗时间频率系统(简称时频系统)是我国独立建设和维护的时间频率系统。北斗星载时频系统是北斗时频系统的重要组成部分。以北斗星载时间频率系统的发展建设为主线,综合各类国内外文献、网站发布的技术管理信息,梳理了北斗星载时频系统的发展历程,描述了当前以星载时频系统为主的北斗时频系统的现状,并在分析归纳当前系统状态的基础上,提出了未来北斗星载时频系统的发展趋势。     

北斗广域高精度时间服务原型系统

基于精密单点定位(precise point positioning,PPP)的时间传递技术以其精度高、覆盖范围广的优点成为性能最优的GNSS时间传递方法之一。随着广域差分产品时效性的提高,实时PPP时间传递开始应用于精密授时的研究。本文在PPP时间传递技术的基础上,结合实时卫星钟差估计、接收机时钟调控及硬件延迟标校技术,建立了基于北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)的广域高精度时间服务(wide-area precise timing,WPT)系统,可为用户实时提供准确、稳定、可溯源的时间。WPT系统分为时间服务平台和用户终端两个部分。时间服务平台引入高精度的时间作为系统的参考时间基准,并提供广域实时差分改正数;用户终端基于实时PPP时间传递算法获取本地钟与系统时间基准的差异,并采用精密调钟技术实现终端与系统的同步。为了验证系统的实时授时性能,本文进行了零基线、短基线及广域环境下的性能测试和评估。试验结果表明,该系统零基线、短基线时间同步精度优于0.5 ns,广域条件下单天的授时精度均优于1 ns,为基于北斗系统的精密授时技术发展提供了参考。     

GNSS载波相位时间传递的日界不连续误差研究EI北大核心CSCD

高精度远程时间传递技术是实现两地时钟比对的重要手段,是实现地方协调世界时UTC(k)与国际UTC建立联系的技术支撑,是国际原子时(TAI)计算的基础。作为GNSS载波相位时间频率传递技术的典型代表,基于全球定位系统(GPS)的精密单点定位(PPP)自2009年开始被国际权度局(BIPM)用于TAI计算,时间传递精度可达亚纳秒量级。然而,由于伪码噪声影响,使得PPP相位模糊度失去了整数特性,时间传递结果在相邻天边界历元处出现“不连续”现象,导致无法通过PPP时间传递更加准确反映两地实时连续运行时钟的性能,严重影响PPP时间传递长期频率稳定度的提升,也限制了PPP时间传递在铯喷泉钟等基准频标比对中的应用。论文围绕PPP时间传递结果日界不连续误差这一核心问题,按照从GPS单系统到GPS/BDS多系统,从理论研究到试验验证的模式,系统深入地研究了日界不连续误差的统计特性、产生原因、对时间频率传递的影响及改正方法。主要研究内容及结论如下。     

单频到五频多系统GNSS精密单点定位参数估计与应用

全球导航卫星系统(GNSS)已发展至多频多系统时代,特别以我国北斗卫星导航系统(BDS)为代表的四大全球导航卫星系统可全天时、全天候播发十几个频率的伪距、相位和多普勒等观测信息。多频多系统GNSS为用户提供更多的观测数据和组合选择,为精密定位、导航和授时(PNT)应用带来了新的机遇,如高精度位置服务、大地测量、空间天气和灾害监测等。但多频多系统GNSS观测为精密单点定位(PPP)组合模型和系统偏差及大气延迟估计等带来诸多问题和挑战。本文给出了单频到五频多系统GNSS精密单点定位(PPP)模型,估计和评估了单频到五频多系统GNSS PPP定位精度、接收机钟差、对流层延迟、卫星和接收机硬件延迟,以及频间偏差。给出了GNSS PPP最新应用进展,包括GNSS气象学、电离层模拟、时间频率传递、建筑物安全和地震监测及其应用。结果表明,多频多系统极大地提高了GNSS PPP参数估计的精度和可靠性,具有重要的应用价值。最后给出了多频多系统GNSS PPP应用前景与展望。     

北斗新一代试验系统时间及卫星钟精度初步分析

北斗卫星导航系统新一代试验卫星星座由2颗高轨倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）和3颗中轨地球轨道卫星(MEO)组成,2016年2月全部发射入轨,其任务是验证北斗系统从目前区域导航定位授时服务走向全球服务的新技术体制设计及指标性能。导航卫星星载原子钟是最重要载荷之一,负责星上时间频率基准信号维持和产生。本文利用星地双向时频传递设备观测的星地钟差数据,评估了试验星配置的新型高精度铷钟和被动型氢钟的实际性能,定量比较了相对于北斗区域系统卫星钟的性能提升。结果表明,新一代试验星与北斗区域系统卫星钟差预报精度相比较有较大提高,IGSO卫星短期预报误差从0.65 ns减小到0.30 ns,MEO卫星短期预报误差从0.78 ns减小到0.32 ns,IGSO／MEO卫星中期预报误差均从2.50 ns减小到约1.50 ns.时频系统是新一代试验系统地面运控的重要组成部分,负责北斗新一代试验系统时间频率信号产生和维持。本文利用试验系统与UTC(BSNC)之间的比对数据,评估了新一代试验系统时间的实际性能,定量比较了相对于北斗区域系统时间的性能提升。结果表明,新一代试验系统时间相对于北斗区域系统时间性能有较大提高,万秒稳和天稳较北斗区域系统提高约半个数量级。时频体制是新一代试验系统的重要技术体制设计之一。本文利用中心节点与末节点的双向时间测量数据,评估了新一代试验系统末节点时频信号的实际性能。结果表明,中心节点与末节点之间具有很好的一致性,时差最大为0.23 ns.      

北斗三号系统时频体系设计与实现

北斗卫星导航系统作为复杂巨系统,需要科学、完整、高效的时频体系总体设计与工程实现。北斗三号系统的时频体系设计首先通过基于星间链路实现星载钟之间的比对与时间同步,基于星地时间比对链路实现主控站与卫星间的星地时间比对与精密同步,基于卫星双向、地面有线双向时间比对链路实现主控站各分系统之间的比对与精密同步,同时基于组合钟组和综合原子时等方法生成北斗系统时间(Bei Dou system time,BDT),从而实现北斗系统内的时间建立、保持与同步。然后,通过直接或间接的溯源比对以及时差监测,实现BDT与其他导航系统时间基准的统一。北斗三号卫星信号的长期监测数据表明,BDT天稳定度达到4.6×10^-15,星载钟本地时间准确度达到1.25×10^-11,星载钟万秒稳定度达到1.65×10^-14,同时BDT相对于其他卫星导航系统的时差保持在50 ns以内。经系统运行检验与监测评估,证明北斗三号系统时频体系功能完备、组织架构科学、体系指标先进,能够全面支撑北斗三号的全球服务能力。