GNSS多系统PPP融合时间比对方法研究

随着全球导航卫星系统(GNSS)的建设和完善,多系统融合时间比对成为未来发展的趋势。基于中国科学院国家授时中心、捷克无线电工程和电子学院以及瑞典国家计量研究院3个国际重要守时实验室的时间基准系统中四系统GNSS接收机伪距与载波相位观数据,以及国际GNSS服务中心发布的多系统精密轨道和钟差等数据,开展GNSS多系统PPP融合时间比对方法研究。试验结果表明,GNSS多系统PPP融合可以有效增加可用卫星的数目,相对于单系统卫星观测数量提高了2倍以上,减少了多径误差以及观测高度角较低所带来的观测噪声等影响,改善观测站的卫星分布对于接收机钟差参数的影响,提高时间比对的稳定性和可靠性。在长基线时间比对的稳定度方面,GNSS多系统PPP融合技术解算的两地钟差的稳定度方面要优于单系统,对基于北斗、格洛纳斯以及伽利略系统的单系统PPP比对有较明显的提高,且提高在5%以上。     

卫星双向时间传递链路校准及其不确定度分析

卫星双向时间传递(TWSTFT)和GPS精密单点定位(GPS PPP)是目前全球守时实验室参与协调世界时(UTC)计算的主要时间比对技术,校准不确定度是当前限制高精度时间比对的关键因素。利用国际权度局(BIPM)的GPS移动校准站对中国科学院国家授时中心(NTSC)的TWSTFT链路进行校准测量。首先通过BIPM在NTSC的GPS移动校准站与德国物理技术研究院(PTB)建立GPS PPP时间比对链路,然后利用7 d的观测数据与NTSC-PTB链路的卫星双向时间传递结果进行比对,实现了对TWSTFT链路的校准。结果表明,TWSTFT链路的校准不确定度从校准前的5 ns减小到了1.5 ns,明显改善了UTC-UTC(NTSC)的不确定度。     

恶劣环境下GPS接收机定位算法研究

为了解决在恶劣环境下卫星信号被遮挡时GPS接收机无法定位的问题,将接收机钟差等效为可见卫星,并根据钟差预测值辅助GPS接收机进行定位解算.提出了基于时间序列分析理论的接收机钟差组合预测模型,然后将钟差预测值引入到GPS接收机中,通过扩充观测方程以实现接收机三维定位解算功能.分别在静态以及动态情况下应用实测数据进行验证,结果表明:该模型适合于钟差序列预测;在仅有3颗卫星的恶劣环境下,该方法可以提供满足导航定位精度要求的GPS接收机三维定位信息.     

不同比对方式下的洲际标准时间复现性能分析

中国科学院国家授时中心研制的标准时间复现系统具备支持洲际用户对标准时间频率信号的需求。 本文以位于欧洲 白俄罗斯明斯克的复现终端为分析对象,分析了共视、全视不同比对方式对复现时频信号性能的影响。 对于洲际范围的时间复 现,复现终端与参考端共同可视卫星数变少。 单一卫星导航系统可利用的共视卫星数明显减少,GPS / BDS 共视可明显增加可 视卫星数量,提高共视时间比对精度,全视比对对两地共同可视卫星数没有要求。 分析结果表明,单 GPS 全视比对就可以达到 优于 GPS / BDS 的共视比对复现效果。 受 BDS 卫星星间偏差的影响,基于单 BDS 全视比对的复现效果比 GPS 稍差,GPS / BDS 全视比对效果略有改善。 复现终端运行在 GPS / BDS 共视比对融合 GPS 全视比对模式复现的时频信号的性能最优,可以满足 洲际范围内 5 ns 的时间同步要求,为后续洲际大尺度范围的标准时间复现终端的运行模式提供参考。     

外部参考信号相位差对接收机零值的影响分析

卫星导航中接收机在使用前要进行零值校准,标记接收机的零值偏差,不同类型接收机的校准方式有所差异,需要研究有针对性的解决方法。本文通过分析接收机的特性,研究了北斗监测接收机(Uni NAV MUE_C_001)的零值校准方法,并搭建了校准平台。试验选用模拟器(Uni NAV GSS8000)对接收机进行校准,在外部输入参考1PPS时间信号和10 MHz频率信号的情况下,接收机零值主要受1 PPS与10 MHz信号相位差(Tt P)的影响。从试验结果来看,连续运行测试时,零值随Tt P的增大而单调递减。开关机测试时,受调钟方式的影响,零值随Tt P的增大而呈周期性变化。试验同时分析了校准的不确定度,受射频滤波器和伪码测距精度的影响,接收机B3频段2.3 ns的不确定度要优于B1、B2频段的2.8 ns。最后对校准的两台接收机进行了零基线比对试验,验证了Tt P与接收机零值的关系,且校准一致性优于0.5 ns。     

北斗三号非差组合载波相位时间比对性能分析

北斗三号全球系统已开始为全球用户提供稳定可靠的高精度定位、导航与授时服务。 本文基于我国国家标准时间频率 UTC(NTSC)系统,开展北斗三号非差组合载波相位时间比对性能分析,通过实测数据开展研究并试验了北斗三号非差组合载 波相位时间比对在零基线与长基线时间比对方面的性能,并在此基础上开展北斗三号与 GPS 融合载波相位时间比对试验。 结 果表明,零基线比对中,两接收机共钟比对钟差的标准偏差优于 0. 3 ns;长基线比对中,利用北斗三号非差组合载波相位时间比 对以及融合载波相位时间比对获得的亚欧两守时实验室之间的比对钟差与国际权度局基于 GPS 时间比对链路获得的钟差具 有较好的一致性,钟差的频率稳定度和时间稳定度与国际权度局发布的结果基本一致,且残差的均方根均优于 0. 25 ns,试验结 果满足亚纳秒量级的时间比对应用需求。     

北斗卫星天线相位中心改正在PPP中的应用研究

基于我国时间基准UTC(NTSC)系统,开展北斗天线相位中心(APC)改正在精密单点定位(PPP)以及高精度时间比对中的应用研究。通过接收机实测的北斗数据以及国际GNSS服务(IGS)中心提供的北斗精密钟差产品、轨道产品和IGS发布的多系统APC改正文件,进行北斗精密单点定位数据处理。结果表明,APC改正前后的精密单点定位X、Y、Z 3个方向上的误差均方根分别为0. 011 0、0. 021 2、0. 009 5 m以及0. 002 6、0. 007 1、0. 003 7 m,可以看出修正后的定位精度具有明显的提高。同样在零基线共钟时间比对以及远距离时间比对方面,两接收机同源零基线比对结果的标准偏差由未进行APC修正前的0. 148 2 ns降到修正后的0. 093 0 ns;远距离高精度时间比对结果的标准偏差从修正前的0. 302 9 ns降低到修正后的0. 266 8 ns,时间比对的短期稳定度也有所提高。因此,随着北斗系统的建设以及国际GNSS服务分析中心的相关北斗精密产品的不断完善,北斗的服务精度将越来越高。     

基于混沌时间序列的GPS卫星钟差预测算法

针对现有钟差预测模型对卫星钟差的非线性特性难以精确预测的特性,提出一种基于混沌时间序列的卫星钟差预测算法。该算法首先通过对钟差序列进行相空间重构,求得最大李雅普诺夫(Lyapunov)指数证明其混沌特性,然后分别采用零阶加权局域预测法和一阶加权局域预测法对钟差序列进行预测,最后将预测结果与国际GNSS服务(IGS)精密钟差值进行比较,得到算法的预测精度。以采样间隔为30 s,时长约为23 h的全球定位系统(GPS)卫星钟差序列进行预测,结果表明15 min内,IGS真实值和预测值的绝对偏差在1 ns以内,绝对偏差平均值在0.3 ns以内。将该算法应用于卫星钟差的预测中,可以实现对卫星钟差非线性特性的短期精确预测。     

基于改进的卫星共视法的远程时间比对研究

为了解决标准卫星共视法中存在的两个局限性:一是其完整的观测周期为16 min,只有13 min有观测数据,存在3 min观测间隙;二是数据事后交换处理模式,导致比对结果生成严重滞后,不满足实时性的要求。本文提出了一种改进的卫星共视法,改进的卫星共视法不使用国际权度局规定的共视跟踪表,而是采用时间频率连续比对的方法,以10 min(或其整数倍)作为一个观测周期,并同时对观测数据进行处理,当一个周期结束时,立即进入下一个观测周期,去除了标准卫星共视法中每个观测周期内的观测死区时间,增加了观测数据量,实现了时间频率的连续比对。最后,文中利用改进的卫星共视法研制了一套高精度远程时间频率校准系统,并与标准卫星共视法比对结果进行了对比分析,得出零基线情况下,改进的卫星共视法授时精度达到0.295 ns,与相同条件下标准卫星共视法比对结果 0.554 ns相比有了提高。另外,在长基线条件下,改进卫星共视法的授时精度达到3.12 ns,频率稳定度天稳达到8.24 e-14。     

基于软件接收机和间接链路的卫星双向时间比对性能分析

为改善卫星双向时间比对(TWSTFT)中的周日效应并探究其成因,利用当前ABS-2A卫星的亚欧国际双向时间比对网的冗余性,选取不同时段不同基线长度的卫星双向时间比对链路进行分析。首先将硬件SATRE TWSTFT结果与软件接收机SDR TWSTFT进行比较,然后将SATRE TWSTFT和以亚欧不同实验室为中继站得到的间接TWSTFT结果进行对比分析,最后以完全独立于TWSTFT的GPS精密单点定位(PPP)时间比对为参考,对上述计算结果进行性能评估。结果表明,SDR TWSTFT对亚欧以及亚洲SATRE TWSTFT时间偏差指标(TDEV)平均增益因子为1.75左右。以德国物理技术研究院为中继站的中国科学院国家授时中心和中国计量科学研究院之间的间接链路对直接链路的时间偏差平均增益因子为1.22。     

基于 PPP 和共视技术的改进 PPP 时间频率传递方法

PPP 时间频率传递技术是高精度 GNSS 时间频率传递技术之一,且具有精度高、范围广、低成本等特点,而共视时间频 率传递的站间差分能够消除卫星钟差和削弱电离层、对流层等路径误差,本研究结合两种方法的优点实现了一种改进 PPP 时 间传递方法。 实验选取了 5 个连接 UTC(k)和 1 个外接高精度氢原子钟的 IGS 测站,建立了零基线、短基线和长基线链路评估 该方法的时频传递性能,实验结果表明,以 IGS 最终钟差产品为时间参考,改进 PPP 时间传递精度相比 PPP 提高了 2. 55% ~ 17. 78% 。 零基线链路频率稳定度达到 2. 0×10 -17 / 600 000 s,且不切换共视星时,其短期频率稳定度优于 PPP,长期频率稳定度 与 PPP 相当;非零基线链路中各链路的改进 PPP 在时间间隔 10 000 s 以后的频率稳定度相对于 IGS 最终产品和 BIPM PPP 有 10% 左右的提升。     

基于北斗的时间传递方法及其精度分析

GNSS时间传递技术是卫星导航技术在时间频率领域的重要应用,也是时间传递的主要技术手段之一。随着我国北斗卫星导航系统的不断建设,北斗系统在时间频率领域应用的研究也逐步深入。主要基于北斗卫星导航系统特有的IGSO、MEO、GEO卫星星座,开展了基于北斗共视和载波相位时间传递算法研究,研制了北斗时间传递软件包(PPTSlo),并对其时间传递链路精度、稳定度进行了定性、定量分析,实验结果表明北斗共视时间传递精度优于6 ns,北斗载波相位时间传递精度能达到亚纳秒-纳秒精度。     

多项目调度问题研究

现有多项目调度研究一般都基于不切实际的假定——资源在多个项目间进行传递时不需要花费额外的时间和成本。在对传递时间进行分析的基础上,建立了考虑资源传递时间的多项目调度问题的数学模型,并针对模型设计了结合并行调度的混合遗传算法,在保证项目任务紧前关系与资源约束的条件下,能够合理优化多项目的资源分配,从而有效地缩短多项目的总工期,通过实例验证了考虑传递时间的必要性,同时实例也证明了算法的有效性。     

基于时间迁移模型的旋转机械实时故障诊断

提出一种时间迁移模型,以提升旋转机械工况发生变化时的实时故障诊断性能,其由历史数据构成源领域、当前数据构成目标领域。首先,根据变工况规则确定模型的数据领域,并提取其时域特征向量构成五维空间。其次,将源和目标领域通过最大方差投影(MVP)和流形正则化投影(MRP)分别映射至二维子空间,并利用最小均值差异(MMD)准则缩短两者距离。最后,在投影空间中利用BP神经网络和支持向量机(SVM)分类器对源领域建立分类模型,并应用至目标领域,并通过筛选源领域样本以更新诊断模型。齿轮传动系统试验结果表明,时间迁移能够解决工况发生变化时的实时机械故障诊断问题,相比传统迁移成分分析(TCA)模型能提升诊断性能,故为其工程应用提供有价值的技术手段。     

信息检测在实时数据传输系统中的应用

介绍信息实时检测设备的基本设计原理和实现方法，并通过应用实例指出了实时检测在数据传输系统的重要作用。     

低温绝热气瓶绝热性能检测时间优化分析

蒸发率是用来检测低温绝热气瓶绝热性能是否合格的一个重要指标,但是目前仍存在检测时间较长的不足。依据一维传热模型,提出了一种基于一定检测时长的优化检测方法。该方法以少于24 h的实际检测数据作为样本来获取传热系数等部分参数,并利用获取的参数预测剩余时间的蒸发流量,最终实现缩短检测时间的目的。为了验证优化方法的有效性,搭建了恒温箱实验台并进行了相关试验测试。对比结果表明,计算结果与试验值符合良好,误差在5%以内,验证了模型的可靠性与实用性。     

基于shapelets时间序列的多源迁移学习滚动轴承故障诊断方法

针对滚动轴承故障诊断在工程实际中故障数据稀缺的问题,提出一种基于shapelets时间序列的多源迁移学习滚动轴承故障诊断方法。首先利用典型故障信息丰富、标记样本充足的滚动轴承数据构建多源域数据集,使用不同源域的数据对源域特征提取器与分类器进行预训练;然后利用基于动态时间规整的shapelets学习算法提取源域与目标域的shapelets作为判别结构,通过度量判别结构优化源域数据,对源域网络进行微调以得到诊断模型;最后根据每个源域与目标域的shapelets之间的差异,利用自适应域权重对各分类器的结果进行聚合得出诊断结果。实验结果表明,该方法在小样本与强噪声的情况下具有较高的故障诊断准确率。     

一种用于实际生产调度的网络计划建模方法

将最小和最大时距的概念用于生产调度的网络计划建模，考虑到实际生产问题的效率因素，针对面向订单的生产调度实例，引入生产效率因子和转移批量调节因子，灵活控制各项目活动间时距的大小，从而控制整个生产项目的完成时间。该方法改进了一般的搭接网络时距的计算，适于实际生产问题的调度建模。     

Ionospheric delay contribution to the uncertainty of time and frequency measurements by one-way satellite time transfer method

The results of international time and frequency comparisons between INPL reference and BIPM using GPS satellite system are presented. The uncertainty of time and frequency comparison by the one-way satellite time transfer method is discussed. Ionospheric delay contribution to this uncertainty is evaluated. The diurnal, seasonal and long-term variations of ionospheric delay are presented and discussed. Ionospheric delay has daily and seasonal oscillations with amplitudes of about 20–60 and 20 ns, respectively. These oscillations are due to variations of solar activity and the variations of total electron content in ionosphere. Long-term variations of ionospheric delay correlate with 11-year sunspot cycle. The difference between ionospheric delay values at minimum (in 1996) and maximum (in 2002) solar activity is 3 times. The increased values of ionospheric delay have caused the increase of the standard deviation of the time comparison results in the same proportion.     

The polarized AB plot for the frequency‐domain analysis and representation of fluorophore rotation and resonance energy homotransfer

The graphical representation of single‐frequency phase‐modulation fluorescence lifetime imaging data, referred to as the AB plot, is extended to take into account measurements of the polarized components of the fluorescence. For a hindered rotator model (characterized with a single excited‐state lifetime, a single rotational correlation time and limiting initial and final anisotropies) the rotational correlation time and the excited lifetime can be determined from the AB plot of any two of the following emission components: parallel, perpendicular, total emission or combinations thereof. A strategy for resolving the component hindered rotations and lifetimes for mixtures of two hindered rotators from measurements of the total, parallel and perpendicular components of the emission is developed. The analysis does not require prior knowledge of the initial limiting anisotropy or of the steady‐state anisotropy or of the excited state lifetime. Plots in polarized AB space derived for heterogeneous systems are constructed to aid interpretation of frequency‐domain dynamic depolarization imaging microscopy experiments. These plots can be used to distinguish spatially dependent rotational correlation time heterogeneity from heterogeneity in limiting anisotropies. The effects of noise and aperture depolarization are discussed. It is anticipated that the polarized AB plot will provide a useful adjunct to existing methods for visualizing and analysing dynamic polarization phenomena arising from molecular dynamics and homo‐energy transfer in single‐frequency microscopy applications.