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。     

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。     

基于PPP的iGMAS综合产品应用测试

基于iGMAS产品综合与服务中心（ISC）发布的ISC产品及德国波茨坦地学研究中心（GFZ）发布的GBM产品和GBM钟差重采样后的GBM-300 s产品对MGEX测站进行多系统的精密单点定位（PPP）测试,对2018-01-01～01-15全球15个MGEX测站的定位精度、收敛速度、ZTD求解精度和测站钟差求解精度进行分析。结果表明,在北斗PPP方面,使用ISC产品的3D定位精度和收敛速度优于GBM产品0.89 mm和 24 min,ZTD解算精度和测站钟差求解精度优于GBM产品0.3 mm和0.02 ns;在GPS、GLONASS、Galileo单系统PPP和四系统组合PPP方面,使用ISC产品的ZTD求解精度和测站钟差求解精度同GBM产品互差小于1.5 mm和0.05 ns,两者性能一致,没有明显差别,但使用ISC产品的PPP定位精度在高程方向低于GBM产品2~3 mm,收敛速度慢于GBM产品5~20 min。通过分析iGMAS产品的精度和服务的可靠性,为现阶段iGMAS产品性能的进一步提升给出建议。     

北斗系统测站钟差短期预报模型比较及其在单星定轨中的应用

北斗卫星导航系统(BDS)地面跟踪站都配置有高精度的氢原子钟,并基于精密定轨数据处理与主站的时间基准进行同步.在卫星轨道机动以及机动恢复期间,通常采用几何法定轨以及单星定轨确定卫星的轨道.而在这两种定轨模式中,需要提供精确的测站钟差作为输入.为提高定轨的实时性,需要对测站钟差进行预报处理.分析了2次多项式模型、附加周期项模型、灰色模型3种模型对北斗地面跟踪站钟差短期拟合和预报的性能,并将钟差预报结果应用于单星定轨,同时还分析了不同预报钟差用于定轨的精度.试验发现,以上3种模型对6个测站钟差的平均拟合精度分别为0.14 ns、0.05 ns、0.27 ns,预报1 h的平均精度分别为1.17 ns、0.88 ns、1.28 ns,预报2 h的平均精度分别为2.72 ns、2.09 ns、2.53 ns.采用3种模型对测站钟差进行预报并用于单星定轨,采用附加周期项的钟差预报模型轨道3维误差最小,不同模型轨道径向精度差异在3 cm以内.以上结果表明,附加周期项的站钟拟合及预报模型在北斗系统机动期间的轨道恢复数据处理具有最好的效果.     

基于预报钟差的轨道快速恢复

我国北斗卫星导航系统由GEO/IGSO/MEO混合星座构成,基本每7~10 d就会有一颗GEO卫星或IGSO卫星进行轨控操作。从卫星轨控开始,卫星存在5~6 h的不健康时期。造成机动卫星长期不健康的关键因素之一在于卫星和测站钟差数据的积累周期较长。本文提出了一种基于预报钟差的轨道快速恢复算法,通过结合星钟和站钟预报压缩机动卫星定轨观测数据积累的时间,从而缩短卫星恢复所需时间。6组机动试验结果表明:采用预报钟差策略在快速恢复初期的前几个小时对轨道预报的贡献尤为显著,对第1组定轨URE预报贡献最大可达84.82%。从3~8 h期间6组定轨平均情况来看,采用优化策略的预报URE,C01平均降低了26.06%,C04平均降低了31.58%,C03降低了9.95%。经测试该方法至少能将卫星不可用时间压缩1 h,对北斗系统建设具有重要工程应用价值。     

联合星地与星间Ka伪距的北斗三号卫星一体化定轨和时间同步

北斗三号卫星之间及卫星与锚固站之间在Ka频段的伪距测量为其提供了一种不依赖于地面监测站的独立定轨和时间同步能力。本文针对星间链路分时测量的特点,采用分段一次多项式对卫星钟差进行建模,直接利用原始的星地和星间单程Ka伪距实现一体化定轨和时间同步并同时解算锚固站设备硬件时延。利用北斗三号8颗卫星和2个锚固站的实测Ka伪距数据进行验证,结果表明:在利用导航电文的预报钟速信息进行修正的情况下,星间Ka伪距残差RMS为0.052 m;R方向卫星轨道确定和预报精度(RMS)分别为0.016、0.033 m;卫星钟差估计和预报精度(95%)分别为0.038、0.992 ns;解算得到的锚固站收发设备时延之和的稳定性优于0.5 ns。试验还展示了该方法的适应能力:在没有预报钟速信息的极端情况下,虽然星间Ka伪距残差RMS增大了242%,但R方向轨道确定和预报精度仍分别达到0.021、0.041 m,钟差估计和预报精度分别达到0.040、1.092 ns。     

基于非差观测量的BDS+GPS近实时钟差估计

卫星钟差的难预测性是影响实时高精度定位的重要因素之一。为快速获得高精度位置或对流层等信息,在非差观测模型的基础上,本文提出了一种延迟量约1 h的近实时钟差估计策略,该策略主要包含超快速轨道解算和钟差估计两部分。经验证,预报部分第2~5 h的GPS轨道三维平均精度为3.85 cm,BDS GEO和IGSO+MEO轨道三维平均精度分别为81.4和21.74 cm。基于超快速轨道可获得近实时钟差精度GPS为0.054 ns,BDS为0.12 ns。最后通过BDS+GPS静态PPP试验验证了轨道和钟差的可用性。     

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。     

IGS RTS钟差数据中断的实时修复方法研究

针对IGS RTS实时数据流产品在网络传输过程中普遍存在的数据中断问题,基于卫星钟差预报算法,文中提出实时"预报修复"方法,以钟差预报值实时修复发生中断历元的钟差数据.通过对RTS数据中断区间分布的统计分析,确定钟差预报的时间长度为5 min;采用改进的灰色系统模型,对不同时间长度初始数据的钟差预报结果进行对比,确定初...     

基于ARMA模型的BDS卫星钟差异常值探测及其短期预报

星载原子钟在运行过程中会受到恶劣空间环境与设备老化等因素的影响,使得卫星钟差数据中经常存在异常值,其中AO(additive outlier)类异常值是钟差序列中常见的一类异常值.结合最大期望算法与自回归滑动平均(autoregressive moving average, ARMA)模型,提出一种AO类异常值探测算法...