GPS时间比对机研制的几个技术问题

本文介绍了在GPS时间比对机的研制中,提取和解算GPS时间信息码、确定时标的世界时时刻等技术问题,并给出了测试结果。     

GPS定时接收机的校准

GPS共视比对(GPS CV)是国际原子时进行时间连接的主要手段之一,即使在有TWSTFT(卫星双向时间频率传递)的实验室GPS也作为时间比对的备用手段而存在,而且TWSTFT系统启用时需用GPS做校准。国际权度局(BIPM)为了减小比对误差,对一些时间实验室的GPS接收机进行不定期校准。国家授时中心(NTSC)利用BIPM给出的校准报告对NTSC时间基准实验室的GPS定时型接收机的内部时延及相关数据进行修正,使UTC(NTSC)的准确度得到提高。     

接收参数对GPS时间比对精度影响的比较分析

本中，采用多元线性逐步回归分析方法进行了接收参数－－信噪比（SN）、仰角（EL）、方位角（AZM）、电离层（ION）对GPS时间比对精度（在数据跟踪持续时间15分钟内取样平均时间为10秒的时间起伏均方差）影响的一些比较分析，结果表明：信噪比这个参数在多数情况中是影响GPS时间比对精度的主要因素。     

网平差在TAI计算中的应用

截至目前，用于TAI计算的GPS共视时间传递链路采用固定链路，以CRL、NIST和OP作为3个主要中心站，形成一个连接全球约50个时间实验室的时间比对链路，采用固定链路是为TAI计算方便，而人为规定的，具有简单、工作量较小等特点，但是整个TAI GPS共视时间比对对这3个中心站的依赖度过高，一旦这3个中心站不能正常观测，将影响TAI的计算，就GPS共视法这种技术本身而言，可支持任意链路的时间比对，并可形成网络化的比对结果，在TAI计算时，对GPS共视比对结果，采用网平差处理技术，可提高TAI计算的可靠性，避免因中心站观测故障而导致一个区无法参加比对的情况发生。     

两种状态下GPS时间比对的时域特性分析

为了了解SA效应对GPS时间比对的影响，我们从1991年底到1992年初进行了一些实验，并对两种状态下的GPS时间比对的时域特性进行了比较。本描述了得到的一些结果。1、方差分析表明：SA效应影响的结果比正常状态的结果相差较大。（1）短期（取样时间为10秒，数据长度为13分钟）结果为时间比对精度降低了5－10倍，频率稳定度降低了约2倍多；（2）长期（取样时间为1天，数据长度为1个月）结果为时间比对精度降低了3－5倍，频率稳定度降低了4－15倍。2、短期的噪声特性分析表明：正常状态下GPS时间比对的噪声过程为调相白噪声，受SA效应影响GPS时间比对的噪声过程呈波浪性变化，主要是低频噪声。为同取样时间内出现的噪声过程如下。     

GLONASS系统在TAI计算中的使用

从1995年起,GPS 共视法时间比对技术成为用于国际原子时 TAI 归算中使用的一种主要时间连接手段。由于许多因素诸如 SA 对 GPS 共视比对精度的影响.BIPM 一直在建议使用其它具有ns 准确度潜力的时间传递手段,比如“GLONASS 共视法时间比对”和“卫星双向法时间比对”等手段。当前国际上装备 GLONASS 系统并进行常规共视比对的实验室主要有8个:DLRL(德国)、LDS(英国)、SU(俄罗斯)、VSL(荷兰)、NIST 和 USNO(美国)、CRL(日本),当然还有 BIPM。     

GPS共视法时间比对在陕西天文台的建立

利用国产GPS定时型接收机,按照国际共视规程,陕西天文台建立了GPS共视法时间比对.研究了影响比对精度的因素,实现了微机控制的数据自动采集和处理,实现了国际间的全面共视比对.1991年3月起,BIPM已正式用于国际原子时TAI的计算中。     

GPS共视中电离层时延计算方法比较研究

为了更好地计算GPS CV（共视）时间传递中的电离层时延值（它是影响CPS CV比对结果精度的主要因素之一）,介绍了当前3种电离层时延的计算方法,并以NICT（National Institute of Information and Communications Technology）单站GPS比对数据及NICT与NTSC（National Time Service Center）的GPS共视比对数据为例,分析比较了不同的电离层时延计算方法对GPS时间比对结果精度的影响。计算结果表明：利用双频实测电离层时延和利用ICS（International GPS Service）提供的TEC（total electton content）map计算的电离层时延对GPS CV比对结果修正后的精度,比利用电离层改正模型的时延对比对结果修正后的精度分别提高30％～40％和20％～30％。     

TAI 计算的变化

从1999年7月的资料开始,TAI 的计算中,对于长距离 GPS 共视比对结果将不再用电离层时延实测值,改用由国际 GPS 服务(IGS)提供的电离层模型。自 BIPM 采用 GPS 共视规范后,全球参加 TAI 计算的时间实验室的 GPS 共视观测资料按地区分别与 NIST、OP 和 CRL 进行比对(不作电离层改正)。该三站之间的     

用于JATC的GPS CV时间比对中的数据处理

GPS CV(共视)时间传递技术将在重建的我国的综合原子时(JATC)系统中起重要作用。介绍了GPSCV时间比对中共视数据的选取和消除观测数据中的随机噪声的方法，对GPS共视时间比对中的电离层时延改正和几何时延改正方法作了阐述，给出了对NTSC(中国科学院国家授时中心)与CRL(日本通信研究所，现已更名为国家信息和通信技术研究院(NICT))两个时间实验室之间的共视比对数据的计算结果。     

GPS信号信噪比对接收机捕获性能的影响

对于在强卫星信号的干扰下GPS接收机对弱卫星信号的捕获的性能进行了分析。对于强信号对弱信号的干扰进行了推导,讨论了几种能够改善接收机捕获性能的方法,并进行了相应的仿真,仿真的结果表明这几种方法是可行的。     

GPS同步恒星钟

主要叙述了利用ＧＰＳ定时接收机输出的时间信息和一系列电路完成平太阳时－恒星时转换的ＧＰＳ同步恒星钟的工作原理,以及“平化恒”时差改正的实现方法。     

电离层对GPS测距的影响

利用单层电离层改正模型就GPS卫星高度角对测距的影响作了探讨。研究表明，通常采用的单层电离层改正模型中电离层高取均值对低高度角卫星测距的改正是不适应的，利用单层电离层模型改正时应顾及电离层高的变化。最后利用1986年武汉地区实测TEC数据进行了计算并将结果和IRI－90模型计算结果作了分析比较。     

GPS定位中的误差分析

介绍了GPS的空间部分、地面控制部分和用户部分的发展状况及其作用。并对GPS定位的基本原理做了阐述。GPS定位误差由几何精度因子和站星距离的测量误差决定,站星距离的测量误差由3大类误差因素决定,它们是与GPS卫星有关的误差、与GPS卫星信号传播有关的误差、与GPS信号接收设备有关的误差。对上述重要误差进行了系统全面的分析,并提出了具体的误差修正模型及各种减小或消除误差的方法。     

GPS and CSS radio sources

The spectral and kinematic properties of GPS and CSS radio sources and methods for determining theirages are discussed. The data presented here do not support a mechanism of accretion of dust or moleculargas on massive black holes located in the central regions of radio galaxies of these classes as the sourceof their activity. The nature of GPS and CSS objects has not been fully clarified. Further detailed studiesin the optical, radio, and other spectral ranges will be required in order to establish the true nature ofthis class of source.     

The Effect of GPS Ephemeris on the Accuracy of Precise Orbit Determination of LEO Satellite-borne GPS

The satellite-borne GPS receivers dedicated to precise orbit determination are now being carried by more and more low earth orbit (LEO) satellites and the satellite-borne GPS has become one of the main means for the precise orbit determination of low earth orbit satellites. The accuracy of satellite-borne GPS precise orbit determination depends on the accuracies of the GPS ephemeris and the clock error. Based on the orbit determination function of SHORDEIII zero-difference dynamics and using the observational data obtained by the GRACE satellites for the week from 2005 August 1 to 7 as an example, three versions of GPS ephemerides (igs, igr and igu) are used to carry out orbit determination under the same conditions and to estimate the effect of the GPS ephemeris accuracy on the accuracy of orbit determination of low earth orbit satellites. Our calculated results show that the two ephemerides, igs and igr, are equivalent to each other in orbit determination accuracy (about 9.5 cm), while igu is slightly less accurate, at about 10.5 cm. The effect produced by the data of the high frequency GPS satellite clock error on the accuracy of orbit determination is 1–6 cm.     

GPS星历对LEO星载GPS精密定轨精度的影响

目前,越来越多的低轨卫星上都搭载了用于精密定轨的星载GPs接收机,星载GPS已成为低轨卫星精密定轨的主要手段之一.星载GPS精密定轨精度依赖于GPS星历及钟差精度.基于SHORDE-Ⅲ非差动力学定轨功能,以2005年8月1日至8月7日一周的GRACE卫星实测数据为例,采用事后精密轨道(igs)、快速轨道(igr)和超快速轨道(igu)三种GPS星历在同等条件下定轨,估计GPS星历精度对低轨卫星定轨精度的影响,实际计算结果表明igs和igr两类GPS星历定轨精度相当,约为9.5 cm,igu星历定轨精度略低于igs和igr星历,约为10.5cm:高频GPS卫星钟差数据对定轨精度会产生1-6cm影响.     

GPS星载原子钟性能评估

介绍了星载原子钟性能评估指标——频率准确度、稳定度、漂移率的定义及计算方法,基于IGS(international GNSS service)卫星钟差数据,对GPS星载原子钟的性能指标进行了分析。其中,基于Hadamard方差方法的稳定度分析结果表明,GPS Block IIR星载铷原子钟天稳已经处于1～3×10-14的水平。     

GPS应用于地球动力学研究的进展

介绍了GPS卫星系统的现代化以及IGS(International GPS Service)的最新研究成果；重点介绍了GPS技术在地球动力学研究中，包括国际地球参考架的建立与维护，固体地球形变和海平面变化的监测，科学卫星轨道的确定以及全球和中国地壳运动、地球定向参数的监测，GPS在大气研究和气象预报中的最新进展；评述了GPS技术目前存在的问题，包括与SLR测量之间存在的系统偏差、GPS技术本身可能存在的周年变化和GPS卫星天线相位中心的变化。