卫星导航定位与空间原子钟

介绍了各类原子钟在目前卫星导航定位系统以及科学试验中的应用概况，给出各类空间钟的性能特征及我国目前空间原子钟的研究现状。     

星载原子钟性能分析与卫星钟差建模预报研究

正GNSS星载原子钟是决定导航、定位和授时性能的导航卫星核心载荷之一,开展卫星钟相关研究对于系统的正常维持和运行具有重要的理论意义和实践价值。本文采用GNSS卫星钟差产品对钟差数据预处理、钟差产品质量评定、星载原子钟性能分析及卫星钟差建模与预     

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。     

GNSS星载原子钟在轨性能评估技术进展

星载原子钟作为全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）的核心载荷,其在轨性能指标决定着GNSS的PNT服务水平。由于太空电磁环境复杂,原子钟实际工作指标不稳定,对星载原子钟开展长期持续性能评估就显得尤为重要。本文综述了目前星载原子钟评估技术现状,对相位、频率、频率漂移率、拟合精度、拟合残差、频率稳定度等性能评估指标进行了分析总结,归纳了基于精密钟差产品进行星载原子钟评估的数据处理方法和流程,统计了现阶段GNSS星载原子钟类型和指标水平,并采集一年的精密卫星钟差数据对GNSS星载原子钟进行了综合评估与对比分析。最后,对现阶段GNSS星载原子钟性能评估技术现状和问题进行了总结及展望。     

北斗在轨卫星钟产品质量分析

星载原子钟是卫星导航系统的星上时间基准,其性能的优劣直接决定了导航定位服务的质量。我国BDS目前处于全面建设阶段,对BDS卫星钟产品进行质量分析以及在轨星载原子钟的性能评估是一项重要的工作。目前,多个GNSS分析中心同时提供BDS卫星钟差产品,但对于不同分析中心的钟差产品特性对比和分析却鲜有报道。因此,本文从连续性指标、一致性指标、拟合精度指标、预报特性指标,对CODE、GFZ和WHU分析中心的北斗卫星钟差不同采样间隔数据进行了对比和分析。同时,基于北斗卫星钟产品对北斗系统星载原子钟短期频率稳定性进行了评估,得出了一些有益的结论。     

BDS星载原子钟频率稳定性分析

卫星导航系统中星载原子钟作为系统的星上时间基准,其性能直接决定着导航定位的精度。北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）目前处于全面建设阶段,对系统星载原子钟的性能进行评估非常重要。结合评价星载铷原子钟稳定性的哈达玛（Hadamard）方差、重叠哈达玛方差和哈达玛总方差,分别基于5 min和15 min采样间隔的北斗精密钟差数据,综合三种方差的计算结果对北斗卫星导航系统星载原子钟频率稳定性进行较为全面的评估,得到了一些有益的结论。     

卫星导航系统监测站铷原子钟频率校准方法分析

铷原子钟能够为卫星导航定位系统地面监测站的稳定运行提供时间标准和频率基准,但其频率漂移特性会对观测数据质量造成影响,因此需要定期对铷原子钟进行校准;目前常用的校准方法包括传统实验室校准、小型测试仪校准和远程在线校准,分析了三种方法的原理和特点,讨论了各种方法的优缺点,为卫星导航系统监测站铷原子钟校准的工程实现提供参考和借鉴。     

BDS-3卫星钟在轨性能评估与分析

目前,国际主要卫星导航系统搭载的原子钟包含铷钟、氢钟、铯钟3大类。新型国产星载铷原子钟、氢原子钟的应用是BDS-3相对于BDS-2的重要改变之一。BDS-3正式开通运行以来,已经积累了丰富的在轨数据,本文采用2 a的精密钟差数据评估了新型国产原子钟的在轨性能,并与国际主流星载原子钟的性能进行对比,分析了国产原子钟在轨长期演化规律。结果表明,北斗氢钟具有较低的在轨漂移率和较高的稳定度,与Galileo系统星载氢钟为同一精度水平,北斗铷钟在轨性能稳步提高,跻身世界先进行列。     

GPS导航星座及低轨卫星的精密定轨理论和软件研究

全球卫星导航定位系统是20世纪80年代出现的最具划时代意义的航天技术和信息技术，其开发和应用研究已经成为世界各大国发展战略中高技术竞争的一个主要焦点。在卫星导航系统的研究中，导航星座轨道的精密确定和预报技术是保证卫星导航系统正常运行最核心的关键技术。导航星座的轨道精度是衡量卫星导航系统性能的一个重要指标，而利用导航星座进行低轨卫星精密定轨是导航卫星应用领域的最前沿、最具战略性的方向，高精度的低轨卫星轨道是提高卫星应用水平的基础。基于星载GPS数据的低轨卫星精密定轨一直是国际上的一个研究热点，也是我国提高低轨卫星精密定轨精度的最为有效的手段，但我国还鲜有高精度成果报道。因此，加大该领域的研究力度，建立自主产权的卫星导航数据综合处理软件势在必行。     

基于IGS精密星历的完备性监测指标SISA研究

在卫星导航定位系统中,空间信号精度SISA是反映完备性参数的重要指标之一。从SISE与SISA的基本概念出发,描述了SISA的计算算法,根据卫星星钟的不同,选取了不同类型的GPS卫星,并利用IGS精密星历,预报精密星历进行了SISE和SISA的计算,结果表明:IGR星历计算的SISA指标满足系统要求,SISA主要受卫星钟差的精度影响,不同原子钟类型的卫星计算出来的SISA值变化不大。该成果对于卫星导航的完备性监测数据处理具有参考意义。     

GPS在轨卫星原子钟的稳定性分析

导航卫星星载原子钟的相位或频率数据,作为导航系统应用研究的基础,将直接影响导航系统时间尺度建立以及定位的精度和准确性。本文针对由IGS官网提供的四种GPS卫星钟的钟差数据,采用修正阿伦方差进行了稳定性分析,得到了一些有益的结论。     

基于ARIMA模型的卫星钟差短期预报研究

卫星钟差的精度直接影响导航定位的性能。本文针对不同类型的星载原子钟,采用ARIMA时间序列模型分别对1 d的IGS 5 min、30 s采样间隔的精密卫星钟差产品进行建模,并作6 h、一天的短期预报。结果表明,铷钟的预报精度达到了亚纳秒级,铯钟的预报精度处于纳秒级,并且原始钟差产品的采样间隔对卫星钟差预报精度有一定的影响。     

北斗卫星导航系统在波浪能自供电海洋浮标中的应用

北斗卫星导航系统具有精确定位、精密授时和短报文通信的功能,能够很好地切合目前海洋监测设备的所需。设计了一款波浪能自供电的海洋浮标,通过北斗卫星导航系统能够对其进行准确的定位和授时,同时对浮标的监测数据进行可靠的传输。文中简要介绍了波浪能自供电浮标结构及运行原理,重点分析了北斗卫星导航系统在本浮标定位、授时和监测数据传输中的应用,为我国海洋监测装备发展提供了新的思路。      

北斗卫星导航系统动态定位精度测试与分析

随着北斗卫星导航系统的建设与发展推动全球卫星导航事业在民航的发展。介绍了卫星导航系统的定位误差通过与作为真值数据的组合导航定位数据进行比较仿真分析了实测数据下精度因子与可见星数目的占比分布北斗卫星导航系统在低海拔平原地区和高海拔山脉地区均可以提供实时导航定位服务且定位结果均符合《北斗卫星导航系统公开服务性能规范》标准,满足用户的定位要求。      

Benefits of receiver clock modeling in code-based GNSS navigation

Due to the limited frequency stability and poor accuracy of typical quartz oscillators built-in GNSS receivers, an additional receiver clock error has to be estimated in addition to the coordinates. This leads to several drawbacks especially in kinematic applications: At least four satellites in view are needed for navigation, high correlations between the clock estimates and the up-coordinates. This situation can be improved distinctly when connecting atomic clocks to GNSS receivers and modeling their behavior in a physically meaningful way (receiver clock modeling). Recent developments in miniaturizing atomic clocks result in so-called chip-scale atomic clocks and open up the possibility of using stable atomic clocks in GNSS navigation. We present two different methods of receiver clock modeling, namely in an extended Kalman filter and a sequential least-squares adjustment for code-based GNSS navigation using three different miniaturized atomic clocks. Using the data of several kinematic test drives, the benefits of clock modeling for GPS navigation solutions are assessed: decrease in the noise of the up-coordinates by up to 69 % to 20 cm level, decrease in minimal detectable biases by 16 %, and elimination of spikes and subsequently decrease in large position errors (35 %). Hence, a more robust position is obtained. Additionally, artificial partial satellite outages are generated to demonstrate position solutions with only three satellites in view.