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。     

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。     

北斗三号B1C/B2a新信号精密卫星产品估计及PPP-AR性能研究

为分析北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System, BDS)B1C/B2a新信号的服务水平,基于混合差分的方法,结合全球均匀分布的观测站数据解算得到BDS精密钟差,进一步估计宽窄巷未校准相位延迟(Uncalibrated Phase Delay, UPD)。使用二次差法对所估计的BDS-3钟差精度进行评估分析,验证估计产品的准确性;通过UPD产品长期序列来研究其稳定性;将估计的钟差和UPD等产品应用于精密单点定位浮点解和固定解(Precise Point Positioning-Ambiguity Resolution, PPP-AR)进行验证。根据数据处理结果可知,地球静止轨道(Geosynchronous Earth Orbit, GEO)、倾斜地球同步轨道(Inclined Geosynchronous Satellite Orbit, IGSO)和中地球轨道(Medium Earth Orbit, MEO)3种轨道类型的估计卫星钟差平均精度分别为0.209、0.095、0.087 ns; BDS-3宽巷UPD长期序列标准差(Stand...     

GNSS星载原子钟性能评估与噪声分析模型算法研究

星载原子钟作为导航卫星的时间基准，其性能直接影响GNSS的导航、定位和授时服务。采用德国地学中心(GFZ)提供的多系统精密钟差产品，对GNSS卫星钟时域性能和中长期(τ=10 000 s)稳定性进行分析，并提出了基于重叠采样的自相关法对卫星钟噪声进行识别。结果表明，稳定性方面，BDS氢钟、Galileo氢钟和GPS III-A铷钟性能相当且优于其他类型的卫星钟，GLONASS卫星钟存在略微老化的现象，而BDS与Galileo在轨卫星钟进入稳定运行期。噪声特性方面，BDS与Galileo卫星钟主要受3种调频噪声的影响，GPS铷钟主要受调频白噪声、调相闪烁噪声和调相白噪声的影响，GPS IIF铯钟和GLONASS铯钟主要受调频白噪声的影响，提出的基于重叠采样的自相关法能准确识别受相对频率漂移影响较小的GPS和GLONASS卫星钟噪声。     

GNSS系统驯服铷钟基准研究

本文主要研究一种面向时间统一系统应用的卫星可驯服铷钟。通过具体试验,将卫星导航系统(GNSS)频率信号准确度、长期稳定度优势与铷钟中短期频率稳定度有机结合起来,实现高精度的铷钟应用需求。     

BDS在轨卫星钟性能评估与对比

从卫星钟基本特性、频率稳定度、钟差预报精度等方面对 BDS 三种类型卫星钟 (RAFS-1、RAFS-2、PHM)进行综合对比分析，结果表明：PHM 卫星钟性能指标显著优于 RAFS； RAFS-2 卫星钟性能指标显著优于 RAFS-1，频率稳定度指标和钟差预报精度提升了 1 倍左右，且 RAFS-2 卫星钟增加了相位连接功能，保证了在轨卫星钟在调整过程中不会影响时间频率服务。     

混合模型在短弧跟踪卫星钟差预报中的应用

当卫星在空间轨道飞行到地面监测站观测不到的弧段时,卫星钟与系统时间之间的同步只能由卫星钟自己维持,为了得到连续的卫星钟差结果,必须对卫星钟差进行预报。本文针对地面站频繁观测不到卫星导致的卫星钟差数据频繁中断这一特殊情况,提出多项式加AR混合模型,以GPS星载原子钟差时间序列为实例进行钟差预报分析,并与GPS常用的二阶多项式模型预报结果进行比较,结果表明:短弧跟踪条件下,多项式加AR混合模型对GPS星载原子钟进行8~20 h钟差预报时精度均优于1ns,明显高于二阶多项式模型预报精度,满足实际应用中短弧跟踪条件下的钟差预报精度要求。这一结论为短弧跟踪条件下的星载原子钟差预报做了理论上的铺垫。     

氢钟频移校准与相位无损切换

为满足VLBI等高精度空间测量技术对时间频率稳定度和准确度提出的更高要求,深空测控系统都配置了高性能的氢原子钟。但由于部件老化、环境变化等影响,氢原子钟输出频率会发生漂移变化,需要对此频移进行校准;同时备份原子钟需要追踪并保持与主钟的输出相位一致,必须进行相位的无损切换才能保障时频信号的连续性。分析了氢原子钟的工作原理和调频移相技术,设计了一种氢钟追踪外部授时系统进行频率漂移校准、主备钟相位无损切换的工程实施方法。应用结果表明,72 h测试时间内,与GPS相比,氢钟的稳定度由原来1.1×10-13提高到3.2×10-14,主备氢钟相位差由原来1.03o减小至0.08o,满足了VLBI长时间高精度测量的精度需求。     

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。     

卡尔曼滤波在原子钟驯服中的应用

利用授时型接收机的秒信号驯服原子钟,可以提高原子钟的长期稳定度。由于接收机受各种噪声的影响将导致得到的铷钟相对于星钟频差数据不精确。本文设计了一种应用于校频系统的卡尔曼滤波算法,卡尔曼并采用FPGA内嵌ARM处理器对算法进行了验证,多次采样的数据滤波处理得到了满足要求的频差数据,为校准铷原子钟创造了条件提供依据。     

综合原子时软件中联合守时方法的探究

<正>综合原子时软件采用加权平均算法，以各钟频率稳定度作为取权依据，根据原始钟差测量数据和利用原子钟模型预报的钟差改正数据计算产生综合原子时，再经过频率驾驭实现向外部标准时间溯源。同时，通过计算各原子钟的频率稳定度、频率偏差、频率漂移、数据质量、预报质量等指标对原子钟性能进行评估^[1]。     

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。     

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。     

环境温度对氢原子钟稳定度的影响

环境因素对氢原子钟性能指标的影响不容忽视，在计量和使用过程中必须加以严格控制。本文从氢原子钟的构成入手，分析了影响氢原子钟频率稳定度的因素，并重点对环境温度的影响进行了分析和实验。实验结果表明，环境温度对氢原子钟频率短期稳定度影响不大，会严重影响长期稳定度指标。     

导航卫星主备钟平稳切换性能设计分析

卫星钟是导航卫星的核心设备,其输出时频信号的稳定是导航卫星向用户提供连续稳定导航信号及服务的基础,主钟性能下降或故障迫使系统进行原子钟主备切换时,由于主备钟存在的频率和相位差别,导航信号将产生跳变,影响卫星的服务性能,目前导航卫星多采用主备钟跟随及平稳切换技术来解决主备钟切换时的频率和相位跳变问题。针对主备钟平稳切换与导航服务性能的关系以及平稳切换指标的确定问题,介绍了主备钟平稳切换技术的原理,分析了主备钟切换的时机与策略,从用户测量性能及钟差预报参数可用性这2个方面分析了主备钟平稳切换指标,并提出了相应的指标要求。     

被动型氢原子钟单频调制原理分析

单频调制技术具有调制频率高、环路参数限制小的优点,对降低原子钟环路噪声、提高中短期频率稳定度具有重要的意义。文章基于被动型氢原子钟,讨论了频调制技术的应用并进行了相应的理论计算分析,为今后该技术的进一步应用提供参考。     

北斗RDSS授时性能分析

目前,我国已经发射了北斗三号卫星无线电测定业务(Radio Determination Satellite Service, RDSS)的59,60和61号3颗GEO卫星,加上原有的北斗二号的1～5号GEO卫星,总共有8颗GEO卫星为导航用户提供导航定位、短报文通信、卫星授时和星基增强等RDSS业务服务。由于GEO卫星距离地表距离超过3.6万km,卫星属于高轨卫星,其服务质量受到轨道精度、配置星载原子钟、大气延迟和卫星硬件延迟等影响严重。针对北斗RDSS授时相关研究目前鲜有报道,尤其平稳过渡波束和北斗三号卫星的相关内容尚未开展研究。深入分析了北斗RDSS提供的单向授时和双向授时服务质量,研究目标包括目前可用的全部北斗二号卫星、平稳过渡波束和北斗三号卫星。基于北斗RDSS授时接收机连续30 d的北斗实测RDSS授时数据的试验验证表明,平稳过渡波束较北斗二号授时结果改善不明显;北斗二号双向授时结果较单向授时结果改善了电离层延迟,授时结果提高了约30%;北斗三号双向授时结果较北斗二号双向授时结果改善了轨道误差和卫星钟差等,授时结果则改善了60%。充分说明了轨道误差和卫星钟差是影响北斗RDSS...     

应用于积分球冷原子钟的窄线宽激光稳频系统

通过调制转移光谱稳频的方式，将外腔半导体激光器频率锁定于⁸⁷Rb原子D₂线超精细跃迁5²S_1/2,F=2→5²P_3/2,F=3，使激光器线宽由自由运转的382.18 k Hz压窄至稳频后的37.94 k Hz。稳频后的窄线宽激光用于积分球冷原子钟的探测光，可以将激光频率噪声对原子钟短期稳定度的影响降低至5.6×10^-14τ^-1/2。     

原子钟相位一时间起伏周期的小波分析

文中根据小波变换的奇异性检测原理，分析了环境温度变化对原子钟特性的影响。基于小波变换的信号重建原理，将温度变化引起原子钟相位-时间起伏进行时-频域分离。用小波变换理论分析了由于昼夜温度变化引起原子钟周期性波动的原因，结合传统的港分析方法，认证了原子钟相位－时间起伏的周期性。结果表明：在有环境温度调节的环境中，氢原子钟的相位－时间起伏标准差41ns左右，在一般环境中，她原子钟的相位一时间起伏标准差21us左右。改善环境条件可以提高原子钟的频率稳定度。     

甲氨喋呤联合宫外孕Ⅱ号方治疗异位妊娠

为了满足小型铷钟对晶振短稳指标和开机特性的要求,从低噪声、快速预热的角度设计了一种用于小型铷原子钟的小型化压控恒温晶体振荡器.由Lesson模型出发,通过对振荡电路的噪声进行分析,提出了一些改善晶振短稳指标的措施;依据得出的设计原则讨论了关键元器件的选用,改进了电路及恒温槽的设计.通过A7MAX测试,该晶振的秒稳定度达到了3.18×10-12/s;在室温(25℃)下开机,该晶振在3 min内便可进入±5×10-8的频率准确度.由此可见,该晶振适用于小型铷钟.