基于iGMAS的精密授时方法关键技术研究

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随着科技的发展,卫星导航系统十纳秒量级的授时精度已经不能满足5G、深空探测、基础物理研究等行业的应用,需要研究更高精度的授时方法。本文基于卫星导航系统和iGMAS(国际GNSS监测评估系统),提出了“基于iGMAS的精密授时方法(PTS)”。该方法主要使用多频载波相位观测数据,实现中国标准时间UTC(NTSC)的精密授时,预期的静态授时精度可达到亚纳秒量级。该方法不仅提高了授时精度,而且使用了GNSS多导航系统,增强了授时可靠性。  本文主要研究成果包括:  1、PTS总体设计,解决亚纳秒级授时的科学问题,确定PTS实现的总体框架和算法流程,从系统层面梳理亟待解决的关键技术,主要包括GNSS精密星钟差确定、GNSS实时星钟差确定及机动期间GEO卫星钟差确定。  2、针对BDS、Galileo等新增系统测站较少导致其产品精度较低的问题,设计实现了GNSS精密卫星钟差融合估计算法,研究了残差剔除门限、初始钟差设置、轨道模糊度固定等方面对融合估计算法的影响,实现了NTSC Bernese GNSS Software V5.2软件,已经在国家授时中心iGMAS分析中心在线部署运行。在线运行结果显示,GNSS融合估计算法确定的精密钟差(最终产品)精度为GPS0.08ns,BDS0.39ns,GLONASS0.18ns,Galileo0.31nS。  3、基于实时观测数据流估计GNSS实时钟差,对通信网络依赖较强,现有网络很难满足实时性需求。针对这一问题,设计实现了基于小时观测文件拼接的GNSS实时钟差确定算法,并在国家授时中心iGMAS分析中心在线部署运行。重点研究了基于小时观测文件拼接的GNSS实时钟差确定算法关键技术:基于弧段观测文件的GNSS钟差确定及GNSS钟差超短期预报。运行结果表明,基于小时观测文件拼接的GNSS实时钟差确定精度为:GPS0.25ns,BDS0.88ns,Galileo0.77ns,GLONASS0.85ns,与国内外一流分析中心处于同一水平。  4、目前,各分析中心均未提供GEO卫星机动期间的精密轨道和星钟差产品。本文对机动期间的GEO卫星钟差展开研究,并提出利用等距插值法确定GEO卫星机动期间高精度卫星钟差,为相关的科学研究提供支持。  5、搭建测试平台,对PTS授时性能进行了初步测试。30天测试结果表明,当利用PTS进行授时,其A类不确定度达到亚纳秒量级,其合成不确定度达到纳秒量级。  总体上说,论文对PTS的关键技术进行了分析研究,制定了PTS的实现方案,并搭建实验测试平台,对PTS的性能进行了测试分析,研究结果表明,PTS能实现亚纳秒量级的授时,是一种有前景的授时方法。
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