基于BDS-3新体制信号的共视时间比对方法研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) | 被引量 : 0次 | 上传用户:eastfoot01
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时间是国民生产生活的重要参考,精密时间在经济、军事、科技和生活等领域都发挥着至关重要的作用。时间比对是时间传递和时间同步的基础,同时也是实现高精度时间频率服务的重要技术手段。共视时间比对是一种高精度的时间比对技术,具有操作简单,设备成本低、使用便捷等诸多优势,因此被广泛应用于远程时间比对领域。北斗三号全球卫星导航系统(Bei Dou-3 navigation satellite system,BDS-3)于2020年完成全球组网,并且播发全球新体制信号B1C、B2a等,新体制信号的信号带宽更宽,抗干扰能力更强,并且用户可以将多个频点的导航信号进行组合使用,这种方式能够明显提高BDS-3的定位定时精度。本文基于BDS-3新体制信号进行共视时间比对方法研究,能够评估BDS-3新体制信号(B1C和B2a)双频组合的共视时间比对精度,同时拓展BDS-3在时间频率领域的应用。论文的主要研究工作包括:(1)对全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的基本组成以及国外GNSS系统的发展现状进行了介绍,阐述了BDS-3的空间星座、时空系统等基本信息,重点说明了BDS-3与其他GNSS系统相比所具有的优势,研究了常用的GNSS时间比对方法的基本原理。(2)介绍了新体制信号的基本信息,同时与其他GNSS系统的信号体制进行对比,分析其在共视时间比对中的优势。研究了北斗共视时间比对的原理,以及BDS-3卫星轨道解算的方法,对比了16参数广播星历模型和18参数广播星历模型的区别,针对影响共视时间比对精度的误差因素,研究了新体制信号(B1C和B2a)双频无电离层组合模型,利用该模型修正电离层延迟误差,对于其他主要误差利用不同算法或模型进行修正。(3)根据共视时间比对的数据处理算法,提取星历数据及伪距观测值,按照GNSS时间比对文件标准(Common GNSS Generic Time Transfer Standard,CGGTTS-V2.0E)的要求,采用最小二乘拟合方法对观测数据进行处理。利用3法则对数据处理过程中的粗差进行剔除,并对剔除算法进行验证。最后采用Kalman滤波和Vondrak滤波分别对原始共视时间比对结果进行滤波处理,且对两种滤波结果进行比较分析。(4)实现了基于BDS-3新体制信号的共视时间比对算法。通过搭建两个观测站的实验平台采集原始观测数据,对单站观测数据进行分析,同时开展了零基线共钟比对和两测站间的共视时间比对实验,结果表明:BDS-3新体制信号(B1C和B2a)双频组合的零基线比对结果比北斗二号(B1I和B3I)双频组合的噪声小,其标准差相对于北斗二号提高了43.72%;B1C和B2a双频组合的共视时间比对结果的精度较BDS-2(B1I和B3I)提高了53.36%,其频率稳定度的天稳达到了10-14量级。
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