基于WUM精密钟差产品的BDS-3星载原子钟性能评估

导航卫星星载原子钟的在轨性能直接影响导航系统定位、导航与授时(Position, Navigation and Timing, PNT)服务的精度和稳定性。基于武汉大学MGEX分析中心发布的精密卫星钟差产品，对BDS-3卫星星载原子钟的频率稳定性、钟差预报精度和钟速变化特征开展了分析评估。对GPS III和Galileo FOC卫星的星载原子钟性能开展分析，并与BDS-3的星载原子钟性能进行了对比。结果表明，BDS-3 PHM的平均天稳定度为4.62×10^-15, 7 d钟差预报精度为2.3 ns, 10 d钟率变化为1.79×10^-14 s/s,其长期性能优于GPS III和Galileo FOC星载原子钟。值得指出的是，BDS-3 C19 RAFS的在轨性能远优于其他BDS-3 RAFS。     

星载GPS定轨中精密GPS卫星钟差的改正和应用

低轨道卫星星载GPS精密定轨的最主要的误差源是在SA影响下GPS卫星钟的高频抖动。为了克服这一误差,本文分析了在SA影响下GPS卫星钟差变化的特性,探讨了利用GPS地面跟踪站的观测数据估算GPS卫星钟的可行性,建立了相应的算法和软件系统,并把由地面跟踪站的实测数据估算的GPS卫星钟差应用于星载GPS定轨计算,得到1m的定轨精度。     

多项式模型在导航卫星钟差预报中的应用研究

为了解决导航卫星钟差预报精度随时间不断衰减问题,提出了基于多项式的卫星钟差预报模型优化方法。该方法通过优化预报采用的数据资料长度和多项式模型阶次,实现了高精度的卫星钟差短/中/长期预报。为验证该方法的可行性和有效性,利用实测的COMPASS导航卫星钟差数据进行钟差预报精度分析。结果表明,当多项式模型满足资料长度和模型阶次的最佳配置时,可有效解决导航卫星钟差预报精度随时间不断衰减的问题。     

基于TWSTFT进行钟差预报方法分析

用多项式拟合、频谱分析、改进的AR模型3种方法对由TWSTFT（卫星双向时间频率传递）得出的钟差时间序列进行了拟合和预报分析。为了抵制钟差时间序列中异常值的影响,引入了“抗差等价权”。利用TWSTFT得到的一天的钟差,按不同采样率、不同时间跨度进行计算分析,结果表明：抗差估计的预报精度明显高于最小二乘估计;平滑值的预报精度高于采样值;由于钟差时闻序列中有明显的周期变化,多项式进行钟差预报的精度不可靠;用谱分析进行钟差预报的精度不高,但可以发现钟差时间序列中的主要周期变化;改进的AR模型预报精度最高,预报RMS在1ns左右。     

基于不同轨道和星钟类型的BDS-3星载钟特性评估

星载原子钟性能的研究对于卫星钟差估计与预报、卫星导航系统的建设与维护等具有重要的意义。采用了德国地学研究中心(GFZ)2021-01-01—2021-12-31多星定轨联合解算的精密钟差产品，基于预处理后的钟差数据，对2021年北斗三号卫星导航系统(BDS-3)星载钟的相位、频率跳变情况进行了统计，探讨了中圆地球轨道(Medium Erth Obit, MEO)卫星铷钟与氢钟的相位、频率序列图特点。使用二次多项式模型分析了BDS-3不同轨道、不同星钟类型卫星钟的频率漂移率和模型噪声等指标的变化规律，基于哈达玛方差从不同时间尺度对BDS-3卫星钟的频率稳定度展开了分析。结果表明，BDS-3卫星钟相位和频率变化相对连续且稳定，其中仅地球静止轨道(Geostationary Orbit, GEO)卫星星钟存在调相行为，MEO卫星和GEO卫星都存在调频行为，且铷钟的调频次数明显多于氢钟。从频漂和模型噪声水平来看，MEO卫星优于其他轨道类型卫星，同铷钟相比，氢钟性能更优。BDS-3星载原子钟的稳定度保持在10^-15～10^-14量级，MEO卫星星载钟的稳...     

卫星导航系统星载钟时域频率稳定度探讨

介绍了四大卫星导航系统采用的时间系统，分析了频率标准的时域频率稳定度研究内容、研究方法，推导了其实用计算方法和公式，主要对近十年以来研究 GNSS 星载原子钟频率稳定度的测算数据进行了梳理和归纳总结，对比分析了各个导航系统星载原子钟的频率稳定度， 综合数据表明大部分星载钟天稳均可达到 10-14量级，其中 GPS 星载铷钟和 Galileo 星载 PHM 钟稳定性最好。     

GM（1，1）灰色模型用于卫星钟差预报的精度分析

利用GM（1，1）灰色模型对不同类型的卫星钟差进行预报分析，实验结果表明：GM（1,1）灰色模型进行卫星钟差短期预报时精度很高。但是，在卫星钟差长期预报中该模型对于不同类型卫星不具有普遍性．     

GLONASS与GPS在轨卫星钟的特性分析

随着GLONASS和GPS系统卫星钟的老龄化和现代化,卫星钟的特性指标会发生相应的变化并存在一定的差异性。鉴于此,本文提出了一种组合探测粗差的方法,然后采用二次多项式拟合卫星钟差模型,得到了GLONASS与GPS在轨卫星钟的相位、频率、频漂以及残差序列,最后采用改进总方差和哈达玛总方差分别计算了Cs钟和Rb钟的稳定度指标,进而分析了在轨卫星钟特性指标的变化规律。通过实例,发现组合探测粗差的方法能够更有效地发现粗差;揭示了GLONASS和GPS在轨卫星钟的相位、频率、频漂及残差指标的变化规律;发现GPS BLOCK IIF型卫星钟稳定度最高,其次是GPS BLOCK IIR-M&IIR型Rb钟和在轨时间较短的GLONASS卫星钟,然后是GPS BLOCK IIA型Cs钟和在轨时间较长的GLONASS卫星钟,稳定度最差的是GPS BLOCK IIA型Rb钟。同时,本文也发现卫星钟的稳定度和残差有一定的数值关系。     

GPS多普勒差分测速算法

全球卫星定位系统(GPS)多普勒单点测速技术是单GPS天线测姿技术的核心,但其测速精度易受卫星速度误差、卫星钟漂、电离层延迟、对流层延迟以及飞行器位置误差等因素的影响。针对上述问题,提出结合GPS地面基准站卫导观测数据,对机载GPS多普勒观测量进行双差处理,从而得到GPS多普勒双差方程。求解该双差方程,能够有效缓解上述不利因素的影响,得到精度更好的飞行器实时速度。半实物仿真计算结果与跑车实验计算结果都表明多普勒差分测速精度大幅优于多普勒单点测速精度。     

基于北斗卫星导航系统非组合精密单点定位算法的精密授时精度研究

全球导航卫星系统(GNSS)精密单点定位(PPP)技术具有操作简单、成本低廉、定位精度高等优点，在精密授时领域得到了广泛应用。针对现有研究中消电离层PPP模型的组合噪声大、卫星系统多采用全球定位系统(GPS)及实时动态场景少等问题，该文采用非组合PPP模型对北斗卫星导航系统(BDS)精密授时精度开展了研究，并利用Kalman滤波静态模型和动态加速模型进行参数估计。给出了静态和实时动态场景PPP处理策略，并利用超快速预报星历保证动态实时性。结果表明:在静态和实时动态条件下，非组合PPP模型精密授时精度均优于消电离层组合PPP模型；在静态条件下，考虑到BDS和GPS定位精度相当，且亚太地区BDS定位精度更高，BDS授时精度略高于GPS；在实时动态条件下，BDS和GPS精密授时精度在2 ns以内，但BDS授时精度略低于GPS，这是由于空间位置精度因子(PDOP)、载体速度突变和环境因素等的影响，而当完成收敛后，两种系统的授时精度相当，其钟差项中误差均在0.3 m以内。     

卫星钟差的仿真研究

目前常用的卫星钟差仿真模型中，没有考虑卫星钟差本身的随机噪声特性，或是只是简单地用白噪声代替。实际上，卫星钟的随机噪声主要由5种独立的随机噪声组成。不同种类卫星钟的噪声构成不同，同一种类卫星钟的噪声特征也不完全相同。本文使用修正Allan方差对实际钟差数据的频域稳定度进行评估。在此基础上，结合二次多项式钟差模型和5种随机噪声模型进行高逼真度的卫星钟差仿真。     

基于灰色模型和混沌时间序列的卫星钟差预测算法

为了提高非线性卫星钟差预测的精度,降低单一钟差预测模型对钟差预测的风险,提出了一种组合模型的卫星钟差预测算法.该算法首先采用db1小波对卫星钟差序列进行3层多分辨率分解和单支重构,得到一个趋势分量和三个细节分量,然后运用灰色预测模型对重构后的趋势分量和混沌一阶加权局域预测法对重构后的细节分量分别进行预测,最后将各分量预测结果相加后得到总的钟差预测值.以GPS卫星钟差数据做算例分析,在6小时的钟差预测中,算法绝对误差最大值比单一的灰色预测模型误差小1.3ns以上.将该组合预测模型用于非线性卫星钟差预测中,可以提高钟差预测的精度和可靠性.     

一种新的单基准站钟差估计方法

基准站钟差是卫星定位系统定位误差的重要来源。为了准确校正基准站钟差以提高定位精度,提出一种基于三参数时钟模型、Singer运动目标模型和Kalman模型的基准站钟差估计算法。实验采用NOVATEL高精度接收机接收卫星的GPS实时数据以提高实验的可靠性。基于Matlab平台对钟差参数、定位坐标和定位误差进行仿真计算,结果证明其能有效提高GPS定位精度。     

基于GPS的卫星时间和频率同步原理研究

时间和频率同步是雷达标校系统的关键技术之一,同步的实现是系统采用两地雷达目标模拟技术所必须的。研究一种基于GPS的卫星时间和频率同步方案,即接收GPS转发的标准时间和频率信号,采用同步模块实现标校系统舰上和岸上两地的时间和频率同步,该方案优于传统同步装置的长时间校正频率误差,提高了标校系统的时间和频率同步精度,从而减小了标校系统对雷达进行标定校准的误差。     

GPS卫星精密星历插值在靶场数据处理中的比较

为了提高目标在地心坐标系的绝对定位精度,降低星历误差对单点定位和相对定位的影响,必须采用GPS卫星的精密星历。精密星历在GPS数据处理时需构造合适的插值模型进行内插,才能得到任意时刻卫星的位置。分析比较了2种经典的多项式插值及逐次线性插值的Neville算法的数学模型及插值结果,探讨了3种插值算法的适用范围,得到了适用于靶场精密星历的处理的插值方法。     

GPS双频接收机单点定位算法研究

为了提高单点定位的精度,利用GPS双频接收机接收到的双频码伪距和相位伪距测量值进行组合,消除了卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟和对流层延迟等误差因素,求出了双频的整周模糊度,并对周跳进行了探测和修复,应用消除了电离层效应的相位伪距值对码伪距进行了平滑,得到了更高精度的伪距值,进而求出接收机坐标.最后,进行了实例分析,理论值与测站的标准坐标值进行了比较,精度较高,并且具有很好的稳定性.     

GPS在双（多）基地高频地波雷达中的应用

针对双(多)基地高频地波雷达高精度同步问题，给出了一种利用GPS模块进行校频的时间同步方法。该方法采用FPGA器件，外同步源来自GPS接收信号，通过对FPGA内部设计的数字鉴相器输出的相差进行处理，并通过时间步长由小增大的方式调整恒温晶振的调谐电压，结果获得很高的频率同步精度。输出各信号的时间关系由软件设定，以计数方式产生，不但电路简单，调试修改方便，更重要的是使各信号问的时序关系准确、稳定、可靠，减少了雷达的相位误差。考虑到GPS接收机不能正常接收到信号的情况，FPGA内部的波形产生逻辑模块还进行了冗余设计，在GPS接收机不能正确接收到信号时，产生精度由时钟保证的同步信号，确保时间同步信号的连续性。文中还给出了利用ModelSim进行仿真的结果。理论分析和仿真结果说明了该文设计方案的可行性。     

5G网络时钟同步研究

本文介绍了网络时钟同步方案,针对5G网络中,4G与5G基站时钟同步不对齐,会导致5G用户下载速率下降、4/5G无法正常互操作等问题,分场景深入分析问题现象和原因,提出通过信号分路方式为5G提供基站同步信号、新建卫星接收天线引入、选用1588v2时钟方案等解决方案,并展望后续推进移动基站北斗/GPS 授时系统双模改造。为5G网络时钟同步建设提供了建议。     

卫星导航空间信号用户测距误差评估方法

空间信号（SIS）精度是卫星导航系统的基本性能之一,而卫星的用户测距误差（URE）是SIS 精度的重要指标。基于轨道误差及钟差误差研究了GPS（全球定位系统）和BDS（北斗卫星导航系统）的SIS URE评估方法,并利用实测数据评估了GPS和BDS的SIS性能。验证结果表明：GPS的SIS URE均优于2.2 m,BDS SIS URE除GEO-01和GEO-04卫星外均优于2.5 m,符合GPS 标准定位服务性能规范（2008年）及北斗卫星导航系统公开服务性能规范（1.0版）对SIS URE的指标要求。