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多频多系统精密单点定位时间传递方法研究

葛玉龙  
【摘要】:高精度时间在军事和民生经济等领域具有重要的作用。精密时间传递方法是建立和维持高精度国家标准时间的重要因素,对国家标准时间具有重要的意义,是实现精密时间系统的关键,是不同地方保持精密时间同步的前提。全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)精密单点定位时间传递方法(Precise Point Positioning,PPP)是精密时间传递的重要的手段之一,由于GNSS PPP方法精度高、设备成本低、不受距离限制、全天候等诸多特点,已成为当前高精度时间应用领域的研究热点。随着GNSS的快速发展,可用卫星频段和卫星数目也迅速增加,因此,GNSS PPP时间传递仍有诸多关键问题亟需进一步研究和解决,如何充分利用当前多频GNSS实现更高精度的时间传递成为时频领域的热点。本文重点围绕多频多系统精密单点定位时间传递核心问题,从多频PPP方法、GNSS实时时间传递方法、站钟随机模型、GNSS实时精密授时四个方面展开系统研究,完善当前多频GNSS PPP时间传递理论,主要研究内容和创新点如下:1)提出了多频GNSS PPP时间传递方法,给出了三频、四频PPP时间传递方法的函数模型和随机模型,并通过试验验证了本文提出的PPP时间传递模型的可行性。2)针对不同用户的需求,提出了单频PPP时间传递方法,可应用于低成本接收机。根据电离层的处理策略,给出了三种单频PPP时间传递模型,即电离层作为参数估计、消电离层组合、电离层模型改正,推导了三种PPP时间传递模型的具体表达形式并验证单频PPP时间传递的性能。结果表明,电离层作为参数进行估计所实现的单频PPP时间传递精度最高,可实现亚纳秒量级时间传递精度。3)针对当前PPP时间传递研究侧重于事后模式的问题,研究了实时多系统PPP时间传递方法。结果表明,实时GNSS PPP时间传递精度优于0.5 ns;当前单Galileo PPP时间传递性能与单GPS PPP相当,且优于GLONASS。此外,多系统PPP时间传递优于单GPS。4)针对当前钟模型尚未关注的钟跳问题,提出一种微小钟跳探测方法,可实时探测大于或等于0.5 ns的钟跳,为接收机钟建模提供有效支撑。5)针对当前接收机钟差均被当作白噪声估计,难以顾及钟差历元间相关性的问题,提出了一种站钟随机模型,并应用于事后和实时PPP时间传递。结果表明,基于微小钟跳探测方法,本文所提站钟随机模型可有效提高时间传递精度,对频率稳定度提高较明显,尤其是短期稳定度。6)基于本文研究的GNSS PPP时间传递方法,提出基于IGS(International GNSS Service)实时流的GNSS精密授时方法,并在用户端进行试验。结果表明,本文所提方法可实现优于0.5 ns的授时精度,且不受用户数据量、卫星系统、用户位置的限制。


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