联合星地与星间Ka伪距的北斗三号卫星一体化定轨和时间同步
发布时间：2021-03-18 19:25
北斗三号卫星之间及卫星与锚固站之间在Ka频段的伪距测量为其提供了一种不依赖于地面监测站的独立定轨和时间同步能力。本文针对星间链路分时测量的特点,采用分段一次多项式对卫星钟差进行建模,直接利用原始的星地和星间单程Ka伪距实现一体化定轨和时间同步并同时解算锚固站设备硬件时延。利用北斗三号8颗卫星和2个锚固站的实测Ka伪距数据进行验证,结果表明:在利用导航电文的预报钟速信息进行修正的情况下,星间Ka伪距残差RMS为0.052 m;R方向卫星轨道确定和预报精度（RMS）分别为0.016、0.033 m;卫星钟差估计和预报精度（95%）分别为0.038、0.992 ns;解算得到的锚固站收发设备时延之和的稳定性优于0.5 ns。试验还展示了该方法的适应能力:在没有预报钟速信息的极端情况下,虽然星间Ka伪距残差RMS增大了242%,但R方向轨道确定和预报精度仍分别达到0.021、0.041 m,钟差估计和预报精度分别达到0.040、1.092 ns。
【文章来源】：测绘学报. 2020,49(03)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图1 时间窗划分
图2给出了两组试验中典型星间测距链路(B27-B19)的Ka伪距残差与Δt k i,j (观测时刻与时间窗参考时刻的时差)的关系。可以看出,在试验1中,残差几乎都不超过0.1 m,且与Δt k i,j 不相关;试验2中,残差的变化范围明显增大,在-0.4～0.4 m,且存在明显的随Δt k i,j 线性变化的趋势,大体呈现出以参考时刻为中心的原点对称,而且正向和反向的观测值残差呈明显的负相关关系。图3给出了按信号接收端统计的Ka伪距残差的RMS。可以看出,试验1中,各颗卫星的RMS在0.03～0.08 m;锚固站的Ka伪距残差RMS不超过0.11 m;试验2中,卫星和锚固站的RMS都显著增大。各颗卫星的RMS在0.11～0.25 m,增幅在150%～350%,平均为243%;锚固站的RMS也略有增大,A01和A02的RMS分别增大68%和34%。统计表明,试验1中,各颗卫星Ka伪距残差的平均RMS为0.052 m,锚固站的平均RMS为0.078 m;试验2中,这两个值分别为0.178 m和0.113 m。
图3给出了按信号接收端统计的Ka伪距残差的RMS。可以看出,试验1中,各颗卫星的RMS在0.03～0.08 m;锚固站的Ka伪距残差RMS不超过0.11 m;试验2中,卫星和锚固站的RMS都显著增大。各颗卫星的RMS在0.11～0.25 m,增幅在150%～350%,平均为243%;锚固站的RMS也略有增大,A01和A02的RMS分别增大68%和34%。统计表明,试验1中,各颗卫星Ka伪距残差的平均RMS为0.052 m,锚固站的平均RMS为0.078 m;试验2中,这两个值分别为0.178 m和0.113 m。图4给出了两组试验中各颗卫星轨道重叠段互差的RMS。可以看出,R方向的RMS都小于0.03 m,试验2的结果比试验1的稍大;试验1中各颗卫星在T和N方向的RMS都小于0.2 m;试验2中,各颗卫星在T和N方向的RMS都小于0.4 m。
【参考文献】：
期刊论文
[1]星间单程伪距联合监测站数据确定北斗三号卫星轨道和钟差[J]. 阮仁桂,魏子卿,贾小林. 测绘学报. 2019(03)
[2]Progress and performance evaluation of Bei Dou global navigation satellite system: Data analysis based on BDS-3 demonstration system[J]. Yuanxi YANG,Yangyin XU,Jinlong LI,Cheng YANG. Science China（Earth Sciences）. 2018(05)
[3]BD卫星星间链路定轨结果及分析[J]. 宋小勇,毛悦,冯来平,贾小林,姬剑锋. 测绘学报. 2017(05)
[4]导航卫星星地/星间链路联合定轨中设备时延估计方法[J]. 阮仁桂,冯来平,贾小林. 测绘学报. 2014(02)
[5]星间链路观测数据归化方法研究[J]. 毛悦,宋小勇,贾小林,吴显兵. 武汉大学学报(信息科学版). 2013(10)
[6]基于非同时双向星间链路的自主时间同步仿真分析[J]. 方琳,杨旭海,孙保琪,钦伟瑾,孔垚. 天文学报. 2013(05)
[7]基于星间链路的分布式导航自主定轨算法研究[J]. 林益明,秦子增,初海彬,王海红. 宇航学报. 2010(09)
[8]基于星间测距/轨道定向参数约束的导航卫星自主定轨研究[J]. 陈金平,焦文海,马骏,宋小勇. 武汉大学学报(信息科学版). 2005(05)
博士论文
[1]高精度GNSS网数据处理关键技术研究[D]. 阮仁桂.战略支援部队信息工程大学 2018
[2]基于星间链路的导航卫星轨道确定及时间同步方法研究[D]. 朱俊.国防科学技术大学 2011
[3]COMPASS导航卫星定轨研究[D]. 宋小勇.长安大学 2009
本文编号：3088807
【文章来源】：测绘学报. 2020,49(03)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图1 时间窗划分
图2给出了两组试验中典型星间测距链路(B27-B19)的Ka伪距残差与Δt k i,j (观测时刻与时间窗参考时刻的时差)的关系。可以看出,在试验1中,残差几乎都不超过0.1 m,且与Δt k i,j 不相关;试验2中,残差的变化范围明显增大,在-0.4～0.4 m,且存在明显的随Δt k i,j 线性变化的趋势,大体呈现出以参考时刻为中心的原点对称,而且正向和反向的观测值残差呈明显的负相关关系。图3给出了按信号接收端统计的Ka伪距残差的RMS。可以看出,试验1中,各颗卫星的RMS在0.03～0.08 m;锚固站的Ka伪距残差RMS不超过0.11 m;试验2中,卫星和锚固站的RMS都显著增大。各颗卫星的RMS在0.11～0.25 m,增幅在150%～350%,平均为243%;锚固站的RMS也略有增大,A01和A02的RMS分别增大68%和34%。统计表明,试验1中,各颗卫星Ka伪距残差的平均RMS为0.052 m,锚固站的平均RMS为0.078 m;试验2中,这两个值分别为0.178 m和0.113 m。
图3给出了按信号接收端统计的Ka伪距残差的RMS。可以看出,试验1中,各颗卫星的RMS在0.03～0.08 m;锚固站的Ka伪距残差RMS不超过0.11 m;试验2中,卫星和锚固站的RMS都显著增大。各颗卫星的RMS在0.11～0.25 m,增幅在150%～350%,平均为243%;锚固站的RMS也略有增大,A01和A02的RMS分别增大68%和34%。统计表明,试验1中,各颗卫星Ka伪距残差的平均RMS为0.052 m,锚固站的平均RMS为0.078 m;试验2中,这两个值分别为0.178 m和0.113 m。图4给出了两组试验中各颗卫星轨道重叠段互差的RMS。可以看出,R方向的RMS都小于0.03 m,试验2的结果比试验1的稍大;试验1中各颗卫星在T和N方向的RMS都小于0.2 m;试验2中,各颗卫星在T和N方向的RMS都小于0.4 m。
【参考文献】：
期刊论文
[1]星间单程伪距联合监测站数据确定北斗三号卫星轨道和钟差[J]. 阮仁桂,魏子卿,贾小林. 测绘学报. 2019(03)
[2]Progress and performance evaluation of Bei Dou global navigation satellite system: Data analysis based on BDS-3 demonstration system[J]. Yuanxi YANG,Yangyin XU,Jinlong LI,Cheng YANG. Science China（Earth Sciences）. 2018(05)
[3]BD卫星星间链路定轨结果及分析[J]. 宋小勇,毛悦,冯来平,贾小林,姬剑锋. 测绘学报. 2017(05)
[4]导航卫星星地/星间链路联合定轨中设备时延估计方法[J]. 阮仁桂,冯来平,贾小林. 测绘学报. 2014(02)
[5]星间链路观测数据归化方法研究[J]. 毛悦,宋小勇,贾小林,吴显兵. 武汉大学学报(信息科学版). 2013(10)
[6]基于非同时双向星间链路的自主时间同步仿真分析[J]. 方琳,杨旭海,孙保琪,钦伟瑾,孔垚. 天文学报. 2013(05)
[7]基于星间链路的分布式导航自主定轨算法研究[J]. 林益明,秦子增,初海彬,王海红. 宇航学报. 2010(09)
[8]基于星间测距/轨道定向参数约束的导航卫星自主定轨研究[J]. 陈金平,焦文海,马骏,宋小勇. 武汉大学学报(信息科学版). 2005(05)
博士论文
[1]高精度GNSS网数据处理关键技术研究[D]. 阮仁桂.战略支援部队信息工程大学 2018
[2]基于星间链路的导航卫星轨道确定及时间同步方法研究[D]. 朱俊.国防科学技术大学 2011
[3]COMPASS导航卫星定轨研究[D]. 宋小勇.长安大学 2009
本文编号：3088807
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