BDS/GPS/Galileo星载原子钟长期在轨性能评估分析
发布时间：2020-12-15 08:38
导航原子钟作为导航卫星最重要的载荷,其性能水平直接决定导航系统提供的定位、导航和授时（PNT）服务质量。由于西方技术封锁问题,中国北斗导航系统（BDS）搭载的卫星钟均为国产铷钟（多数）和国产氢钟（少量）,其性能指标和稳定性水平相对较差。同时,BDS星载原子钟在轨运行过程中,由于空间环境异常、设备电压不稳定以及元器件老化等原因,其性能服务质量并不稳定,难以长时间保持地面出场标定精度指标,而卫星钟性能的任何异常均会直接影响导航系统服务水平。因此有必要对BDS在轨的星载原子钟服务性能水平进行长时间全面地监测评估,剖析目前BDS星载原子钟在轨真实性能水平,揭示不同星座间的BDS星载原子钟性能差异,设计BDS卫星钟的性能监测评估方案。目前,针对BDS星载原子钟长期状态监测和分类性能评估的公开研究成果较少。围绕上述问题,本文基于基于了 GPS、Galileo和BDS三个导航系统2013至2017五年的精密钟差产品数据,评估了三个系统卫星星载原子钟指标长期变化规律,对原子钟性能变化进行了总结分析,揭示了不同导航系统星载钟性能差异以及主备钟切换规律,取得的主要成果与创新点如下:（1）系统总结了 GNS...
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＢＤＳ卫星轨道以及卫星钟差精度的不均匀性（黄观文２０１２）??
?这种星座构型一方面具备区域上易于实现经济快速定位等功能的优势，但同时，由于轨??道问题也造成了星座内星载原子钟钟差产品精度的不均匀性，如图１．１所示：??６００?■?「－?Ｉ?Ｉ＂?１?Ｉ?１?Ｉ?１?■?Ｉ?■＇?ｒ?＇１１?Ｉ?１?ｉ?■?５?Ｉ?Ｉ?１?｜?＇?Ｉ?１?Ｉ?ｊ?Ｉ?■?Ｉ?１?Ｉ?＇?Ｉ?１??ＨＢｃＭＥＡＳＳ］?：?｜?＾■ｃｏｍｐａｓｓ?ｃｌｏｃｋ！??５００?＊?Ａｖｅｒａｇｅ?ＲＭＳ？１７８ｃｍ?ＩＧＳＯ?４?＿?ＧＥＯ?ＩＧＳＯ??ＧＥ０?Ａｖｅｒａｇｅ?ＲＭＳ－１２ｃｍ?？?Ａｖｅｒａｇｅ?ＲＭＳ＝１．２ｎｓ?：?Ａｖｅｒａｇｅ?ＲＭＳ＝０?３ｎｓ??Ｉ?４００＇?＇Ｉ?：??ｓ?ｉ?３－?：?－??ａ?３〇〇－?ｍ?－?％??Ｌ?Ｉ?：?－｜２；?Ｉ??Ｃ０１?Ｃ０３?Ｃ０４?Ｃ０５?Ｃ０６?Ｃ０７?Ｃ０８?Ｃ０９?Ｃ１０?Ｃ１?Ｃ３?Ｃ４?Ｃ５?Ｃ６?Ｃ７?Ｃ８?Ｃ９?－??图１．１?ＢＤＳ卫星轨道以及卫星钟差精度的不均匀性（黄观文２０１２）??目前，由于西方国家对原子钟技术进行技术封锁，导致我国在星载原子钟研究方面??起步较晚，因此，我国ＢＤＳ卫星上配备的国产铷钟和氢钟的硬件设备各项指标参数和??综合性能相对稍弱。不管是在理论模型方面还是实际应用方面，我国北斗卫星导航系统??的星载原子钟及其性能维护还存在较大的提升空间。因此，为了保障ＢＤＳ系统的完好??性和连续性，针对ＢＤＳ星座特点对在轨卫星钟性能特性进行分类监测和评估己经成为??当下ＢＤＳ系统亟待研宄的重点问题。然而在ＧＮＳＳ星载原子钟研宄领域
北斗一号?北斗二号?北斗三号??图１．４?ＢＤＳ卫星系统星座分布??１９９４年，我国正式开始北斗一号的研制，２０００年发射２颗静止轨道（ＧＥＯ星，２００３年发射１颗备份卫星，完成北斗一号的组建，在中国境内提供区域导航服务。北斗一号是区域有源定位服务，定位精度１００米，地面参照站校准后提升至２０??米，定位响应时间ｌｓ，授时精度为２０ｎｓ。北斗一号卫星寿命设计为８年，目前北斗一??号３颗卫星已全部退役。??北斗二号建设于２００４年启动，２０１１年开始对中国和周边提供测试服务，２０１２年底??完成对亚太大部分地区的覆盖并正式提供卫星导航服务。该导航系统提供两种服务方式，??即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速、授时服务，开方服??务不提供双向高精度授时，在服务区的较边缘地区精度稍差。授权服务则是向授权用户??提供更安全与更高精度的定位、测速、授时、通信服务以及系统完好性信息，这类用户??为中国军队和政府等。目前，正在运行的北斗二号系统发播Ｂ１Ｉ和Ｂ２Ｉ公开服务信号，??免费向亚太地区提供公开服务。服务区覆盖南纬５５°至北纬５５°、东经７０°至东经１５０°的??，，．ｎｓ，
【参考文献】：
期刊论文
[1]附加周期和神经网络补偿的实时钟差预报模型[J]. 黄观文,崔博斌,张勤,付文举,李平力,蔺玉亭. 宇航学报. 2018(01)
[2]BDS星载原子钟频率稳定性分析[J]. 王宁,王宇谱,李林阳,翟树峰,吕志平. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(09)
[3]北斗在轨卫星钟中长期钟差特性分析[J]. 黄观文,余航,郭海荣,张菊清,付文举,田婕. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(07)
[4]GPS BLOCK IIF星载原子钟长期性能分析[J]. 王宇谱,吕志平,李林阳,翟树峰. 天文学报. 2017(03)
[5]BDS星载原子钟长期性能分析[J]. 王宇谱,吕志平,王宁. 测绘学报. 2017(02)
[6]一种北斗二代卫星钟差的数据质量控制方法[J]. 田婕,黄观文,王利,张勤,刘五杰. 大地测量与地球动力学. 2017(02)
[7]伽利略卫星导航系统的初步性能评估[J]. 张琳,曾子芳. 中国惯性技术学报. 2017(01)
[8]GNSS星载原子钟性能评估[J]. 刘帅,贾小林,孙大伟. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(02)
[9]基于动态阿伦方差的北斗星载原子钟特性分析[J]. 李铸洋,米科峰,周培元. 北京测绘. 2016(02)
[10]GPS/Galileo组合定位和Galileo卫星钟评估[J]. 于碧云,张慧君,李孝辉. 时间频率学报. 2016(02)
博士论文
[1]GNSS星载原子钟质量评价及精密钟差算法研究[D]. 黄观文.长安大学 2012
[2]卫星导航系统性能监测及评估方法研究[D]. 李作虎.解放军信息工程大学 2012
[3]导航卫星原子钟时频特性分析理论与方法研究[D]. 郭海荣.解放军信息工程大学 2006
硕士论文
[1]GNSS在轨卫星钟特性分析及钟差预报研究[D]. 付文举.长安大学 2014
[2]导航卫星钟差评估与预报研究[D]. 路晓峰.长安大学 2007
本文编号：2917991
【文章来源】：武汉大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＢＤＳ卫星轨道以及卫星钟差精度的不均匀性（黄观文２０１２）??
?这种星座构型一方面具备区域上易于实现经济快速定位等功能的优势，但同时，由于轨??道问题也造成了星座内星载原子钟钟差产品精度的不均匀性，如图１．１所示：??６００?■?「－?Ｉ?Ｉ＂?１?Ｉ?１?Ｉ?１?■?Ｉ?■＇?ｒ?＇１１?Ｉ?１?ｉ?■?５?Ｉ?Ｉ?１?｜?＇?Ｉ?１?Ｉ?ｊ?Ｉ?■?Ｉ?１?Ｉ?＇?Ｉ?１??ＨＢｃＭＥＡＳＳ］?：?｜?＾■ｃｏｍｐａｓｓ?ｃｌｏｃｋ！??５００?＊?Ａｖｅｒａｇｅ?ＲＭＳ？１７８ｃｍ?ＩＧＳＯ?４?＿?ＧＥＯ?ＩＧＳＯ??ＧＥ０?Ａｖｅｒａｇｅ?ＲＭＳ－１２ｃｍ?？?Ａｖｅｒａｇｅ?ＲＭＳ＝１．２ｎｓ?：?Ａｖｅｒａｇｅ?ＲＭＳ＝０?３ｎｓ??Ｉ?４００＇?＇Ｉ?：??ｓ?ｉ?３－?：?－??ａ?３〇〇－?ｍ?－?％??Ｌ?Ｉ?：?－｜２；?Ｉ??Ｃ０１?Ｃ０３?Ｃ０４?Ｃ０５?Ｃ０６?Ｃ０７?Ｃ０８?Ｃ０９?Ｃ１０?Ｃ１?Ｃ３?Ｃ４?Ｃ５?Ｃ６?Ｃ７?Ｃ８?Ｃ９?－??图１．１?ＢＤＳ卫星轨道以及卫星钟差精度的不均匀性（黄观文２０１２）??目前，由于西方国家对原子钟技术进行技术封锁，导致我国在星载原子钟研究方面??起步较晚，因此，我国ＢＤＳ卫星上配备的国产铷钟和氢钟的硬件设备各项指标参数和??综合性能相对稍弱。不管是在理论模型方面还是实际应用方面，我国北斗卫星导航系统??的星载原子钟及其性能维护还存在较大的提升空间。因此，为了保障ＢＤＳ系统的完好??性和连续性，针对ＢＤＳ星座特点对在轨卫星钟性能特性进行分类监测和评估己经成为??当下ＢＤＳ系统亟待研宄的重点问题。然而在ＧＮＳＳ星载原子钟研宄领域
北斗一号?北斗二号?北斗三号??图１．４?ＢＤＳ卫星系统星座分布??１９９４年，我国正式开始北斗一号的研制，２０００年发射２颗静止轨道（ＧＥＯ星，２００３年发射１颗备份卫星，完成北斗一号的组建，在中国境内提供区域导航服务。北斗一号是区域有源定位服务，定位精度１００米，地面参照站校准后提升至２０??米，定位响应时间ｌｓ，授时精度为２０ｎｓ。北斗一号卫星寿命设计为８年，目前北斗一??号３颗卫星已全部退役。??北斗二号建设于２００４年启动，２０１１年开始对中国和周边提供测试服务，２０１２年底??完成对亚太大部分地区的覆盖并正式提供卫星导航服务。该导航系统提供两种服务方式，??即开放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供定位、测速、授时服务，开方服??务不提供双向高精度授时，在服务区的较边缘地区精度稍差。授权服务则是向授权用户??提供更安全与更高精度的定位、测速、授时、通信服务以及系统完好性信息，这类用户??为中国军队和政府等。目前，正在运行的北斗二号系统发播Ｂ１Ｉ和Ｂ２Ｉ公开服务信号，??免费向亚太地区提供公开服务。服务区覆盖南纬５５°至北纬５５°、东经７０°至东经１５０°的??，，．ｎｓ，
【参考文献】：
期刊论文
[1]附加周期和神经网络补偿的实时钟差预报模型[J]. 黄观文,崔博斌,张勤,付文举,李平力,蔺玉亭. 宇航学报. 2018(01)
[2]BDS星载原子钟频率稳定性分析[J]. 王宁,王宇谱,李林阳,翟树峰,吕志平. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(09)
[3]北斗在轨卫星钟中长期钟差特性分析[J]. 黄观文,余航,郭海荣,张菊清,付文举,田婕. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(07)
[4]GPS BLOCK IIF星载原子钟长期性能分析[J]. 王宇谱,吕志平,李林阳,翟树峰. 天文学报. 2017(03)
[5]BDS星载原子钟长期性能分析[J]. 王宇谱,吕志平,王宁. 测绘学报. 2017(02)
[6]一种北斗二代卫星钟差的数据质量控制方法[J]. 田婕,黄观文,王利,张勤,刘五杰. 大地测量与地球动力学. 2017(02)
[7]伽利略卫星导航系统的初步性能评估[J]. 张琳,曾子芳. 中国惯性技术学报. 2017(01)
[8]GNSS星载原子钟性能评估[J]. 刘帅,贾小林,孙大伟. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(02)
[9]基于动态阿伦方差的北斗星载原子钟特性分析[J]. 李铸洋,米科峰,周培元. 北京测绘. 2016(02)
[10]GPS/Galileo组合定位和Galileo卫星钟评估[J]. 于碧云,张慧君,李孝辉. 时间频率学报. 2016(02)
博士论文
[1]GNSS星载原子钟质量评价及精密钟差算法研究[D]. 黄观文.长安大学 2012
[2]卫星导航系统性能监测及评估方法研究[D]. 李作虎.解放军信息工程大学 2012
[3]导航卫星原子钟时频特性分析理论与方法研究[D]. 郭海荣.解放军信息工程大学 2006
硕士论文
[1]GNSS在轨卫星钟特性分析及钟差预报研究[D]. 付文举.长安大学 2014
[2]导航卫星钟差评估与预报研究[D]. 路晓峰.长安大学 2007
本文编号：2917991
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