GNSS时间传递测量融合方法研究

【摘要】：全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)时间频率传递技术由于其运行费用相对较低、比对精度高等优点,是目前最主要的时间频率传递方式。但是在GNSS时间频率传递/比对技术上还存在噪声较大、数据抖动明显的问题。对于航空航天等对时间同步有较高要求的用户,需要保证客户端能够长期获得并保持稳定、可靠的时间标准。因此本文围绕GNSS时间传递数据噪声抑制及可靠性提升问题进行研究,通过GNSS时间传递测量数据融合等方式实现降低数据噪声,提高时间稳定性。本文主要的研究内容包括:(1)针对GNSS时间频率传递数据标准格式CGGTTS(common generic GNSS time transfer standard)中测量数据浪费的问题,提出了算法改进方案。将数据周期内全部测量数据用于计算时差值,提高测量数据使用率。同时,缩短CGGTTS数据周期以提高数据实时性。实验结果表明改进的算法可以降低比对结果噪声,噪声性能最大可改善6%。通过分析不同间隔文件的实时性、标准差、数据量及运算量情况,确定了合适的数据周期。(2)为了降低GNSS时间传递数据中的噪声,分析卫星观测仰角与数据噪声的关系,设计了基于卫星观测仰角的数据融合方案,并通过实验验证了方案的可行性。通过研究联邦卡尔曼融合算法,设计了基于多GNSS观测码及多接收机融合的GNSS测量融合方案。实验结果表明,相比于使用单一测量方式进行时间频率传递,使用联邦卡尔曼融合算法可以降低约80%的链路噪声,短期稳定度明显提高。(3)针对目前远程时间溯源网络中NIMDO(UTC(NIM)disciplined oscillator)在长期运行时可能出现数据中断或异常等情况,设计了一种多NIMDO融合的综合时标算法及实现方案。基于远程时间溯源(remote time traceability hierarchy,RTTH)网络搭建了实验平台进行测试实验,结果表明,多NIMDO融合的综合时标可减小数据噪声,提高时钟的短期稳定性,且不易受到某个站点数据中断或异常的影响,可为用户提供准确、可靠的时间参考。本篇论文在研究GNSS时间频率传递技术的基础上,分别从三个方面进行数据融合算法研究,并通过实际实验验证融合方案的可行性,证明通过本篇论文提出的数据融合算法可以有效降低数据噪声,提高时间稳定性。图53幅,表10个,参考文献52篇。