BD-2在轨卫星钟性能分析

选取3颗不同轨道的BD-2在轨卫星,以其星载主钟某些时段测量的星地无线电双向时间比对钟差数据为基础,计算频率准确度、稳定度和漂移率。结果表明,BD-2在轨卫星钟的频率准确度优于10-11量级,频率稳定度优于10-13量级,频率漂移率优于10-14量级。其中,GEO-1卫星即将到达系统的设计运行寿命,但其卫星钟的各项性能指标计算结果均符合设计要求,未影响北斗二号系统的服务质量。     

BDS载波相位时频传递性能分析

采用GFZ精密卫星轨道、钟差和MGEX测站观测数据,分析BDS载波相位时频传递性能。在KARR站BDS可视卫星数较多（平均为10.1颗）时,BDS时间传递精度为0.2 ns,与GPS、GLONASS相当;在PTVL站BDS可视卫星较少（平均为6.9颗）时,平均TDOP为3.5,大于GPS和GLONASS,其时间传递精度较低,仅为0.68 ns,差于GPS和GLONASS。目前,由于BDS全球跟踪站有限,MEO卫星较少,BDS收敛时间长于GPS和GLONASS。两测站三系统频率传递结果和频率稳定度结果基本相当,变化趋势一致。因测站KARR、PTVL未配备高稳定度的原子钟作为外接频标,得到的频率传递精度和频率稳定度较差。     

BDS-2卫星钟设计年限末期阶段性能评估与分析

为探究BDS-2卫星钟在当前阶段的运行状态及性能情况,采用国际GNSS监测评估系统（iGMAS）2018年共365 d的精密钟差数据,将Score检验量引入钟差异常探测,并结合中位数法进行数据质量控制,弥补了中位数法部分粗差漏探的缺陷;再从频率准确度、频率漂移率、频率稳定度、模型拟合残差、周期特性、噪声类型等6个方面对BDS-2卫星钟的相关性能进行全面评估。结果表明,现阶段BDS-2在轨卫星钟的运行状态良好,各项性能指标均正常,可继续提供相应的系统服务。其中,BDS-2卫星钟的频率准确度为3.15×10^-11,日漂移率为1.59×10^-13,万秒稳为5.72×10^-14,模型拟合残差平均精度为0.596 ns;GEO、IGSO和MEO三类卫星的钟差序列周期特性显著,第1、2主周期与其各自卫星轨道周期相关,分别为其轨道周期的0.5倍或1倍左右;不同平滑时间下的BDS-2卫星钟主要受调频白噪声（WFM）、调频闪烁噪声（FFM）和调频随机游走噪声（RWFM）的影响。     

联合卫星双向时间频率传递和GNSS观测数据确定重力位差和高程差

选取国际权度局发布的4个台站2014-01-14～26的卫星双向时间频率时钟频率之差观测序列及GNSS时钟频率之差数据序列,基于时钟比对法,确定了两地之间重力位差和高程差。与EGM2008模型结果检核表明,重力位差和高程差的标准差分别为308.5 m2/s²和31.5 m,实验结果与目前守时台站所采用原子钟的稳定度10^-15量级基本一致。     

GNSS广播星历精度评定与对比

以gbm精密星历和钟差作为参考真值,对GPS、BDS、Galileo以及GLONASS四大系统2017-02-01~02-28的广播星历、钟差以及卫星空间测距误差（SISRE）的精度进行对比分析。结果表明,GPS轨道径向、切向、法向的精度为1 m、0.4 m、0.8 m左右,钟差约为2 ns,卫星信号测距误差（SISRE）约0.4 m;BDS不同类型卫星表现出很大差异;Galileo卫星的径向、切向、法向的精度为0.3 m、0.3 m、0.2 m,钟差约3 ns,SISRE约1 m;GLONASS卫星的径向、切向、法向精度为0.4 m、1.0 m、0.4 m,钟差约7 ns,SISRE约2 m。     

基于历元间差分模型的精密钟差加密算法研究

提出一种高精度的钟差加密方法。采用历元间差分载波相位观测值,得到高精度历元间相对卫星钟差,并应用这一相对钟差产品对IGS 5 min钟差进行加密,获得30 s采样的“高频度”钟差。与数学插值算法相比,该加密算法有一定的优越性,加密误差在0.03 ns以内,且不同稳定度的星载钟差异较小。     

一种改进的混合差分实时GPS卫星钟差估计算法及其实现

提出一种改进的混合差分算法,实现实时GPS卫星钟差估计。算法实现过程主要采用4个解算步骤,最终生成播发至用户的实时钟差产品。利用全球分布的68个测站实时数据流进行GPS卫星实时钟差解算,并对2018-01-14～01-19的实时GPS卫星钟差产品采用2种方法进行检核:1)与IGS快速钟差产品比较;2)运用实时动态PPP结果检核。结果显示,基于改进的混合差分算法,利用实时数据流实现的GPS实时卫星钟差产品具备STD为0.15 ns、RMS为0.63 ns的精度,可提供实时cm级定位服务。     

一种LSTM神经网络在卫星钟频率快速变化期间钟差预报的应用

为克服多项式模型在卫星频率快速变化期间精度衰减快的问题,提出一种基于LSTM神经网络的钟差预报模型。与多项式模型的对比实验结果显示,在卫星钟平稳运行期间,两种模型的结果几乎一致;在卫星钟输出频率发生快速变化时,LSTM神经网络模型的预报精度较多项式模型提高显著,仍能提供较高精度的钟差预报结果。     

北斗卫星在轨原子钟稳定性分析

使用IGS MEGX发布的北斗卫星精密钟差数据,利用哈达玛方差公式对目前所有在轨健康北斗卫星钟的稳定性进行分析。结果表明,北斗卫星钟在1 a的跨度内比较稳定;其300 s稳定性量级为10-13,但是各颗卫星并不完全相同;北斗卫星钟与GPS卫星钟的稳定性对比显示,北斗卫星钟稳定性介于GPSⅡR-M与GPSⅡF上搭载的铷钟之间。     

一种北斗二代卫星钟差的数据质量控制方法

考虑北斗二代卫星长期钟差序列中存在的钟跳、粗差及数据缺失现象,提出一种钟差序列的数据质量控制方法。利用频率序列识别钟跳,采用阈值法进行异常数据段剔除以及结合MAD和Baarda数据探测法共同进行粗差探测与剔除,再利用线性内插对缺失数据进行插补,得到干净的钟差序列。实测数据表明,这种钟差质量控制策略可以显著提高北斗钟差序列信息提取的准确性以及钟差预报精度。     

北斗三号全球系统空间信号精度评估分析

以精密星历和钟差为基准,对BDS-3广播星历的轨道精度、钟差精度和3类空间信号测距误差(signal-in-space range error, SISRE)精度进行评估。结果表明,BDS-3广播星历的轨道精度明显优于BDS-2同类卫星,其轨道径向RMS精度优于0.18 m,切向和法向RMS精度优于0.6 m;BDS-3广播星历钟差的误差基本小于5 ns,且较BDS-2卫星变化更为平稳,其平均RMS统计精度为1.86 ns,平均95%统计精度为3.23 ns,均优于BDS-2卫星;BDS-3卫星仅受轨道影响的SISRE、全球平均SISRE和最差SISRE的RMS统计精度分别为0.12 m、0.58 m和0.60 m,相应95%统计精度分别为0.22 m、0.99 m和1.02 m,较BDS-2均有明显提升。     

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基于一次差分预报原理的常用钟差预报模型效果分析

基于15 d的精密卫星钟差数据,从不同角度全面分析6种常用钟差预报模型（LP模型、QP模型、GM模型、SA模型、ARIMA模型、KF模型）基于钟差一次差分预报原理的预报效果,得到以下结论：1）采用钟差一次差分预报原理,可以提高LP模型、SA模型、GM模型及KF模型对于GPS卫星钟差的3 h预报精度,提高QP模型和ARIMA模型对于ⅡF Rb钟的3 h预报精度,提高LP模型和GM模型在6 h和12 h预报中的精度,提高ARIMA模型在6 h、12 h和24 h预报中的精度;2）基于钟差一次差分预报原理的预报结果与卫星及其星载钟类型有关,对于GPS BLOCK ⅡF Rb钟,该预报原理可以提高6种模型的短期预报精度,特别是对GM模型、LP模型和ARIMA模型预报效果的改善最为显著;3）对于3 h和6 h的预报,采用钟差一次差分预报原理的LP模型（DLP模型）对应的RMS值都最小,即DLP模型的预报精度最高,说明钟差一次差分数据更适合一次多项式模型的短期预报。     

BDS星载原子钟周期项特性及预报研究

采用频谱分析方法对BDS星载原子钟的周期项变化规律进行分析,继而构建了附有周期项的精密钟差预报模型。在此基础上,对预报模型的短期预报效果和不同类型卫星的预报精度差异进行分析。结果表明,不同类型的卫星均表现出较为显著的12 h和24 h的周期项变化规律,但其对应的能量幅值存在差异;与传统的二次多项式预报模型相比,结合周期项改正的钟差预报模型能够提高预报精度,6 h的预报精度约为2 ns,24 h的预报精度约为10 ns。     

基于小时观测文件拼接的GPS实时钟差确定算法

针对目前常用的GPS实时钟差确定算法主要基于实时观测数据流实现,使产品可靠性和完整性受限于网络质量,及广播星历和IGU-P精度较低的问题,提出并实现基于小时观测文件拼接的实时钟差确定算法。该算法基于小时观测文件数据,通过将钟差估计与自适应超短期钟差预报相结合以确定实时钟差。30 d实时在线结果显示,基于小时观测文件确定的实时钟差精度约为0.25 ns,优于广播星历和IGU-P,与IGS RTS提供的实时钟差精度相当,且能保证产品的可靠性和完整性。