GNSS衛(wèi)星鐘差特性分析及衛(wèi)星鐘性能評(píng)估.pdf

1、高精度的衛(wèi)星鐘差是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位和授時(shí)服務(wù)的重要基礎(chǔ)，衛(wèi)星鐘差特性和衛(wèi)星鐘的性能分析對(duì)于衛(wèi)星鐘物理特性研究和衛(wèi)星鐘差的預(yù)報(bào)有重要意義。目前，各系統(tǒng)所能提供服務(wù)的精度主要由衛(wèi)星鐘差和軌道的精度決定，國(guó)際GNSS服務(wù)組織（IGS）利用全球跟蹤站網(wǎng)生成的超快速預(yù)報(bào)軌道精度完全可以滿足實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位的需求，而衛(wèi)星鐘差的精度遠(yuǎn)沒達(dá)到要求。衛(wèi)星鐘作為 GNSS衛(wèi)星的核心部分，衛(wèi)星鐘差由于其不穩(wěn)定性，外界環(huán)境對(duì)衛(wèi)星鐘本身的影響和衛(wèi)

2、星鐘差的解算過程都可能影響衛(wèi)星鐘差的結(jié)果，預(yù)報(bào)方法的選取和預(yù)報(bào)精度的提升一直是一個(gè)研究難點(diǎn)。因此，衛(wèi)星鐘作為導(dǎo)航系統(tǒng)的星上時(shí)間基準(zhǔn)，需要對(duì)其性能指標(biāo)及其變化規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估，并需要進(jìn)行衛(wèi)星鐘差特性的分析。
　　本文基于國(guó)際GNSS服務(wù)（IGS）以及其分析中心GFZ提供的鐘差結(jié)果，從序列、擬合精度、周期性、可預(yù)報(bào)性等方面對(duì)四個(gè)主要 GNSS系統(tǒng)不同類型衛(wèi)星、不同類型原子鐘鐘差的特性進(jìn)行了分析；對(duì)四系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘性能從頻率漂移率和頻率穩(wěn)

3、定度等方面進(jìn)行了評(píng)估。本文主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　（1）衛(wèi)星鐘差擬合結(jié)果表明：目前在軌的GPS衛(wèi)星搭載的Rb鐘和Galileo衛(wèi)星搭載的氫鐘對(duì)應(yīng)鐘差的單日擬合精度更高，約為0.3 ns，BDS的次之，小于0.6ns，GLONASS的擬合精度相對(duì)較差，約為0.69 ns。
　　（2）擬合殘差的頻譜分析結(jié)果表明：各類衛(wèi)星鐘差都表現(xiàn)出周期特性，而且鐘差周期與衛(wèi)星的軌道周期近似相等。比較衛(wèi)星鐘差擬合殘差振幅和反映衛(wèi)星所受太陽(yáng)

4、光照時(shí)長(zhǎng)的參數(shù)太陽(yáng)高度角β，兩者成反比關(guān)系，說明衛(wèi)星鐘差表現(xiàn)出的周期特性不僅與軌道誤差有關(guān)，還與原子鐘本身的熱敏感度有關(guān)。比較多項(xiàng)式加周期項(xiàng)預(yù)報(bào)模型和多項(xiàng)式預(yù)報(bào)模型的預(yù)報(bào)結(jié)果，多項(xiàng)式加周期項(xiàng)預(yù)報(bào)模型在6小時(shí)內(nèi)的預(yù)報(bào)精度相對(duì)較高。
　?。?）星載原子鐘的性能分析結(jié)果表明：穩(wěn)定度方面，GPS BlockⅡF Rb鐘的性能是最好的，Galileo的PHM頻率穩(wěn)定度與其比較接近。BlockⅡR-M和BlockⅡR Rb鐘的性能相近，Cs鐘