考虑系统偏差的脉冲星守时算法研究

脉冲星拥有高度稳定的自转周期,可用对其的观测信息来校正星载原子钟钟差。针对脉冲星守时系统中脉冲到达时间的微小偏差会严重影响守时精度的问题,提出一种考虑系统偏差的脉冲星守时算法。基于脉冲星守时的基本原理,梳理了影响守时系统性能的系统偏差因素,并建立了模型。利用二步卡尔曼滤波算法,在估计原子钟钟差的同时,解耦估计系统偏差。研究结果表明,本算法可以有效地降低系统偏差对脉冲星守时系统的影响。该算法为脉冲星守时系统的工程实现提供了一条可行的思路。     

2013—2015年BDS空间信号测距误差的精度评估

基于武汉大学发布的精密星历，计算2013年1月至2015年9月北斗广播星历的轨道、钟差和空间信号测距误差，并对其进行统计分析评估。结果表明：北斗卫星的径向精度总体上优于0.7 m、法向精度总体上优于1.4 m，且无明显的长期变化趋势；在切向精度上，倾斜地球同步轨道和中轨道优于2.1 m，高轨道的切向精度已从14 m左右提升至8 m左右；北斗高轨道、倾斜地球同步轨道、中轨道的钟差精度分别为6.3 ns, 4.7 ns, 4.3 ns；所有卫星的钟差精度总体上优于6 ns；所有卫星的空间信号误差精度总体上优于2 m，从长期来看，中轨道卫星的空间信号误差精度较为稳定；倾斜地球同步轨道和高轨道卫星的空间信号误差精度存在一定的波动。     

卫星双向与单向载波联合的北斗星载钟短稳评估方法

卫星导航系统评估星载钟稳定度通常需要大型地面监测网的观测数据和复杂的钟差确定算法,不能基于单站观测数据实现。论文在分析利用单站观测数据评估星载钟短稳方法的基础上,提出了一种相对容易实现的联合卫星双向载波测距值与GNSS单向载波观测值的星载钟短稳评估方法。该方法通过卫星双向载波测距确定星地几何距离,基于消除星地几何距离的GNSS接收机载波相位观测值估算卫星相对钟差,进而实现其短稳评估。利用北斗系统观测数据进行了有效性验证,并与复杂钟差确定算法以及利用平滑广播星历的方法(SBE法)进行了对比,本文方法与复杂钟差确定算法计算的结果相符,在1000s平滑间隔内与SBE法结果一致,相对误差小于10%,1000s以上好于SBE法。     

2013-2015年北斗空间信号测距误差的精度评估

基于武汉大学发布的精密星历，计算了2013年1月至2015年9月北斗广播星历的轨道、钟差和空间信号测距误差并对其进行了统计分析评估。结果表明：北斗卫星的径向精度总体上优于0.7m、法向优于1.4m，且无明显的长期变化趋势；在切向精度上，IGSO和MEO优于2.1m，GEO的切向精度已从14m左右提升至8m左右；北斗GEO、IGSO、MEO的钟差精度分别为6.3ns、4.7ns、4.3ns，所有卫星的钟差精度总体上优于6ns；所有卫星的空间信号误差SISRE精度总体上优于2m，从长期来看，MEO卫星的SISRE精度较为稳定；IGSO和GEO卫星的SISRE精度存在一定的波动。     

适用于北斗混合星座的相对定位随机模型建模策略

为提高模糊度解算成功率和基线解精度,提出适用于北斗的相对定位随机模型建模策略,即混合随机建模策略。采用最小二乘方差分量估计方法对北斗单差观测量方差进行估计。对处于不同高度的三轨道卫星观测量方差分别建模:对地球静止轨道卫星观测量方差采用载噪比模型建模,对倾斜地球同步轨道卫星和中地球轨道卫星观测量方差均采用仰角模型建模。根据不同模型实时组建观测量的随机模型。试验结果表明:相比于采用传统简化模型和单一的仰角或载噪比模型,混合随机模型能更加真实地反映不同卫星观测量的随机噪声特性,模糊度解算成功率和相对定位精度均有提高,总体性能最优,因而能更好地适用于北斗系统。     

北斗三号新信号体制共视时间比对

为促使北斗系统特别是北斗三号系统尽早加入国际原子时计算,利用中国科学院国家授时中心以及捷克无线电工程和电子学院两个守时实验室接收机产生的北斗三号新信号体制观测数据,开展基于北斗三号新信号体制共视时间比对试验。结果表明,北斗三号信号的多路径噪声影响小于北斗二号信号,且信噪比优于北斗二号信号。对比已有的研究,北斗三号新信号体制(B1C和B2a)共视时间比对的噪声相对于北斗三号卫星播发的北斗二号兼容信号体制(B1I和B3I)有较大的改善,其结果与GPS、Galileo共视比对结果相当,且在零基线共钟比对中,基于北斗三号新信号体制比对钟差的标准偏差相对于北斗二号信号提高了40%以上;利用北斗三号新信号体制共视得到的亚欧两地钟差噪声小于北斗二号信号,且比对钟差的稳定度相对于北斗二号提高了10%以上。该试验也可为北斗三号时间比对纳入国际原子时计算提供相关的研究基础。     

北斗卫星导航系统空间信号精度分析

按照空间信号测距误差(SISRE)的定义给出了北斗卫星SISRE的计算公式。利用2013年11月的实测数据及相应精密轨道钟差产品对北斗卫星轨道精度及SISRE进行了统计分析。结果表明:北斗系统non-GEO卫星广播星历轨道精度优于GEO卫星;各卫星广播星历轨道误差径向精度最好;GEO卫星SISRE均值优于4m,IGSO卫星SISRE均值优于3m,MEO卫星SISRE均值优于4m。     

我国成功发射第46颗北斗导航卫星

<正>6月25日,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射第46颗北斗导航卫星。这是北斗三号系统的第21颗组网卫星、第二颗倾斜地球同步轨道卫星。据介绍,经过一系列在轨测试后,这颗卫星将与此前发射的20颗北斗三号卫星组网运行,适时提供服务,进一步提升北斗系统覆盖能力和服务性能。这次发射的北斗三号卫星和配套运载火箭分别由中国航天科技集团有限公司所属的中国空间技术研究院和中国运载火箭技术研究院抓总研制。     

CODE新光压模型对北斗混合导航星座精密轨道确定的影响

运用卫星定轨软件工具包NUDTTK,分析了欧洲定轨中心扩展的经验光压模型(EECOM)对北斗二代混合导航星座精密轨道确定的影响。研究表明:对地球静止轨道卫星而言,EECOM能够明显改善定轨精度,相比于传统的ECOM-9和ECOM-5模型,卫星激光测距检核精度分别提高17.4%和35.1%。对倾斜地球同步轨道卫星和中轨道卫星而言,采用ECOM-5模型的定轨精度要优于采用EECOM和ECOM-9模型的,新光压模型EECOM并不能有效改善倾斜地球同步轨道卫星和中轨道卫星的定轨精度。与IGS数据分析中心WHU、GFZ和CODE的轨道产品相互比对的结果显示:目前,国防科技大学北斗精密轨道产品中,地球静止轨道卫星的定轨精度为1~4 m,倾斜地球同步轨道卫星的定轨精度为25~30 cm,中轨道卫星的定轨精度为10~20 cm。     

北斗卫星伪距信号质量评估及偏差校正

针对北斗卫星信号存在系统性伪距偏差的问题,从多路径角度评估北斗三频信号的质量,验证了该项偏差与卫星轨道类型、卫星仰角及信号频率有关。为消除这一系统性偏差的影响,采用连续分段线性函数建立北斗三频伪距偏差校正模型。与现有的改正模型所不同,所提模型不仅采用了更长时间范围内的北斗实测数据,更为重要的是它顾及了改正数的精度信息。基于动态精密单点定位的实验结果表明,采用所提方法修正后,接收机定位性能有明显提升。     

基于北斗、短波的高精度时钟系统研究与设计

介绍了北斗、短波授时技术;对高稳恒温晶振及其频率特性进行分析的基础上,设计了一种基于北斗卫星、短波无线电授时的高精度时钟系统;该系统通过利用北斗接收处理模块、短波授时接收模块得到的秒脉冲信号、时间信息,经过延迟修正处理、脉冲滤波、脉冲补偿、脉冲统计得到标准的秒脉冲信号,实现对恒温晶振频率的校准,获得一个短期及长期频率稳定度都比较优良的时间频率标准,同时利用校频后恒温晶振分频出的1pps信号对时间芯片进行校准,对外输出高精度时间信息;对恒温晶振校频系统的基本工作原理及部分模块电路图进行了说明,试验结果表明,在时间不长于1h内,频率准确度优于1×10-10;该系统实用方便的方法达到了将晶体振荡器校准到较高指标的目的。     

北斗GEO卫星用户算法的改进方法研究*

针对北斗GEO用户算法需要进行5?倾角的坐标旋转处理这一过程,本文提出了采用经典广播星历参数用户算法直接解算北斗GEO卫星位置的改进方法,并同时给出了相应的基于第二类无奇点根数的广播星历拟合算法。该算法采用第二类无奇点轨道根数代替经典轨道根数,解决了由GEO轨道的小倾角特性引起的经典广播星历参数拟合过程中法化矩阵奇异的问题。从而避免了北斗GEO用户算法中坐标旋转处理过程,减少了GEO用户算法的计算步骤。经过仿真验证,本文提出的改进方法在卫星轨道拟合过程中与原算法精度相当;在卫星轨道外推过程中与原算法相比略有精度损失,但仍满足用户导航定位精度的需求。最后,采用实际北斗GEO星历解算的轨道数据验证了改进算法的有效性。     

太阳观测卫星的数传天线波束及其指向设计

针对三轴稳定对日指向姿态的太阳同步轨道卫星,提出为获得最大对地数据传输时间的天线波束设计及布局方案。根据某型太阳观测卫星的轨道姿态设计方案,建立数传天线对指定地面站的天线波束指向仿真模型;使用卫星工具包STK仿真软件,分析不同波束角方案及其可能的指向对数传时间的影响,发现了对日指向卫星与对地指向卫星在数传时间上的不同规律,找到最优的天线波束布局来获得最大的数传时间;根据星载数传能力与不同天线波束宽度之间的关系,获得传输数据的最佳天线波束宽度,为这类卫星数传天线的波束设计及其布局提供设计依据。     

基于北斗信号的降雨信息监测方法

为充分挖掘北斗信号大数据资源的应用价值,拓展其在大气海洋领域的应用方向,重点从理论上研究了利用北斗信号的极化相移监测降雨信息问题。结合北斗信号的频率和极化特征,从极化相移的定义出发,分析了北斗信号经过雨区和降雨粒子相互作用的微物理过程,建立了极化相移与降雨强度之间的数学模型;利用数值模拟方法对该数学模型进行分析得出,北斗信号极化相移对降雨强度具有敏感性,这说明了北斗信号监测降雨强度的可行性;还系统研究了雨滴谱分布、雨区路径长度和卫星仰角等关键因素对极化相移的影响,为后续开展实验验证提出了合理化建议。     

Vondrak-Cepek组合滤波在北斗共视和卫星双向时间比对融合中的应用

为减小卫星双向时间比对(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer, TWSTFT)中的周日效应,利用北斗共视链路没有周日效应的特点,通过Vondrak-Cepek组合滤波方法对中国科学院国家授时中心(National Time Service Center, NTSC)、德国物理技术研究院(Physikalisch-Technische Bundesanstalt, PTB)以及中国计量科学研究院(National Institute of Metrology, NIM)间的北斗共视时间比对结果分别与硬件卫星时间和距离测量设备(SAtellite Time and Ranging Equipment, SATRE) TWSTFT和软件接收机(Software-Defined Radio, SDR)TWSTFT结果进行了融合处理。采用时间偏差和幅值频谱两个指标以及GPS精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)时间比对分别对融合结果进行内外符合评估。结果表明,经过Vondrak-Cepek滤波的融合结果中周日效应基本消失,其与GPS PPP链路差值结果的绝对值保持在链路校准的不确定度范围内。对于长基线NTSC-PTB链路,融合结果1 d的时间偏差稳定度对SATRE和SDR TWSTFT的增益因子分别为1.85和1.81;对于短基线NTSC-NIM链路,融合结果对SATRE和SDR TWSTFT的增益因子分别为1.69和1.59。融合结果的短期稳定度显著提高。     

星地距离变化对星地双向时间比对的影响及改正

星地时间同步是卫星导航系统的关键技术,星地双向时间比对能有效提高星地时间同步的精度。在分析了星地距离变化对星地双向时间比对可引起百纳秒量级误差后,提出了前后历元观测数据差分改正方法,通过数学仿真验证该方法能达到纳秒量级精度。