基于精密单点定位的GNSS时间同步方法研究

来源 :国防科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:novi005
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
高精度时间服务是国家综合PNT(Positioning,Navigation,Timing)体系的重要组成部分,在国防军事、移动通信、天文观测等领域中发挥着重要作用。现阶段,基于光纤链路和基于激光链路的时间同步方法可以满足用户亚纳秒级的同步需求,但设备使用成本较高,动态灵活性受限。本文采用全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)授时的方式,提出了一种基于精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)技术的时间同步方法。该方法根据PPP时间传递结果驾驭本地时钟,使本地时钟所表示的本地时间与基准时间同步,可以达到亚纳秒级的时间同步精度,并且具备全天候、全覆盖、高精度、低成本等优点。本文围绕PPP时间同步这一核心问题,按照从事后模式到实时模式、从理论研究到工程实现的研究主线,主要完成了以下工作:1.PPP参数估计方法改进与误差补偿问题。研究了基于先验坐标约束的扩展Kalman滤波方法来提升PPP时间传递性能;针对PPP定时计算对模糊度固定可靠性要求比定位计算更高的实际情况,研究了基于整数相位钟法的模糊度固定方法,提出了适用于定时计算的模糊度固定与质量控制策略,采用假设检验、统计决策、残差检验等多种方法对模糊度固定各个阶段进行质量控制;研究了针对GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)伪距频间偏差和BDS(Bei Dou navigation satellite System)星端多径误差的补偿方法。实验结果表明,上述参数估计改进与补偿方法均能够有效提升PPP时间传递性能。2.事后条件下的PPP时间传递问题。首先研究了BDS PPP时间传递,分析北斗三号系统卫星对BDS PPP时间传递的性能提升;然后研究了多系统观测数据融合处理中的各类误差改正,并提出一种基于GPS/GLONASS/BDS/Galileo四系统的多模GNSS PPP时间传递算法;针对PPP时间传递中的日界问题,提出一种基于钟差重收敛(Clock Instantaneous Reinitialization)的多模GNSS PPP和整数相位钟时间传递算法。主要研究结论为:(1)基于多模GNSS PPP和整数相位钟法的时间传递均存在不同程度的日界问题;(2)钟差重收敛算法不仅能够解决时间传递的日界问题,而且可以削弱PPP参数估计过程中的未建模噪声误差,进一步提升基于多模GNSS和整数相位钟法的PPP时间传递性能。3.实时条件下的PPP时间传递与监测问题。首先介绍了时间监测的具体含义;然后以CLK93实时星历产品为例,比较分析了GPS(Global Positioning System)、GLONASS、BDS和Galileo的产品质量;在现有GPS PPP时间传递与监测方法基础上,提出了基于GPS/GLONASS/BDS/Galileo四系统的多模GNSS PPP时间传递与监测算法、多模GNSS混合相位钟法的时间传递与监测算法,研究了多模GNSS混合相位钟法的相位偏差和伪距偏差改正问题;最后综合比较上述多种时间传递与监测算法性能。主要研究结论为:(1)现阶段,模糊度固定解技术对时间传递与监测的性能提升要优于多模GNSS观测值;(2)多模GNSS观测值的加入可以增强PPP时间传递的可靠性,同时运用多模GNSS观测值和模糊度固定解技术进行时间传递与监测的性能最优。4.基于PPP技术的时间同步问题。针对分布式系统时间同步对高精度和灵活性的双重需求,提出了一种PPP时间同步方法。分析了PPP时间同步特点和场景要求;解决了分布式高精度时间同步的时间基准选择问题;设计了PPP时间同步测试系统的软件和硬件实现。最后通过硬件实验测试了传统GNSS时间同步、GPS PPP和多模GNSS PPP时间同步性能。主要研究结论为:(1)PPP时间同步方法适用于解决广域空间内稀疏分布式系统的时间同步问题;(2)在现有众多实时精密星历产品中,CLK53和CLK80的产品质量和时间基准稳定度较好,可以为PPP时间同步提供时间基准支持;(3)传统GNSS时间同步实验结果的均方根误差为16.7 ns,GPS PPP时间同步均方根误差约为0.41 ns,多模GNSS PPP时间同步性能约为0.33ns。本文提出的PPP时间同步方法的同步精度要远高于传统GNSS时间同步方法,并且多模GNSS PPP时间同步的可靠性更强。
其他文献
自适应波束形成技术作为阵列信号处理领域中的关键研究方向,因其高效的抑制干扰信号能力与对期望信号低损失接收的处理优势而广泛应用于军事国防和民生发展等领域。阵列天线基于此技术,通过调整各个阵元的权值系数,使其合成方向图波束的主瓣自适应对准特定角度来向的期望信号同时在干扰方向上形成零陷,实现阵列天线优良的输出信干噪比性能。理想条件下,自适应波束形成技术的空域滤波性能良好,然而在实际工程应用中,无可避免地
多通道雷达即具有多个时域或空域通道的雷达系统,其主要任务之一是从杂波、噪声甚至干扰背景中检测出目标信号。自适应检测是针对多通道雷达检测任务所使用的检测方法。与传统分步检测方法相比,自适应检测是可以同时实现杂波抑制、相参积累和恒虚警检测过程一体化的检测技术,检测器结构简单,检测性能更佳。自适应检测技术可应用众多于军事和民用领域,包括对陆海空目标的监视和预警,武器的引导、打击,交通监管、气象预测和海面
随着全球导航卫星系统定位、导航与授时应用的发展,用户对观测精度的要求越来越高。越来越多的应用需要更高精度的测量要求,甚至达到厘米、毫米量级。在城市、高山、丛林和海面等环境中,卫星导航接收机会受到多路径信号的影响。本文以卫星导航高精度应用为研究背景,对导航接收机中的采样误差和多径误差进行了建模和分析,取得了以下创新性成果:(1)针对数字码相位鉴别器分辨率不足的问题,本文对分辨率误差建模和抑制技术进行
卫星导航系统作为国家重要空间基础设施,为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务,已渗透到人类社会生产和人们生活的方方面面,为全球经济和社会发展注入新的活力。随着用户对导航和位置服务精度的更高需求,利用低轨卫星开展实时高精度导航增强已成为下一步发展趋势,具有广阔的发展前景。无论是在卫星导航系统的导航卫星网络,还是低轨卫星导航增强系统的低轨增强网络,保证导航信息的高效传输是实现其功能
复杂多变的频谱环境与日益减少的可用频谱资源使无人系统实现可靠高效的通信与组网变得尤为困难,而利用授权频段中的“频谱空洞”(即暂时未被授权用户使用的空闲频段)进行动态频谱接入的认知无线电(Cognitive Radio)技术为解决这一困难提供了思路。基于CR的无人节点能够将受到影响或干扰的通信“搬移”到通过频谱感知获得的空闲频段上,从而缓解频谱环境动态变化的影响。然而如何协调各无人节点对空闲频段的接
特定辐射源识别是一种利用接收信号中蕴含的无意调制信息来识别其所属辐射源个体的技术。由于信号的无意调制信息(也被称作辐射源的指纹特征)具备唯一标识性,使得特定辐射源识别技术在军事和民用领域得到了广泛的应用。然而,传统基于人工预定义指纹特征的特定辐射源识别系统在实际应用时却存在系统开发效率低、系统有效性无法保证等难以克服的问题,其根本原因是当前无法建立关于辐射源指纹特征统一、精确的数学模型,使得传统基
随着经济的快速发展与城市化水平的不断推进,城镇人口也不断增长,如何对城市三维模型进行获取、如何对城区进行有效的形变监测,对城市的健康发展具有十分重要的意义。随着星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)技术的不断发展,特别是近年来以Terra SAR-X、COSMO-Sky Med为代表的新一代SAR卫星的发射,SAR技术应用的广度与深度也不断拓展。新一代SAR卫
特定辐射源识别旨在依据由目标辐射源所载发射机的硬件差异所产生的并以无意调制形式寄生在其发射信号上的指纹特征,来实现对目标辐射源的精准识别。作为电子侦察领域的重点研究课题,它能在战前和战时为我方提供宝贵情报,以便我方及时洞悉敌方动态和意图,进而达到知己知彼、克敌制胜的战争目的。随着战争形态逐渐从信息战演变成智能战,特定辐射源识别朝智能化方向发展也将是大势所趋。尽管深度学习为特定辐射源识别的智能化发展
移动通信和信息社会的高速发展对宽带高速数据传输提出了越来越高的要求。毫米波MIMO成为实现高速数据传输的重要技术途径。考虑到一些特殊的需求和应用场景,比如对偏远地区的覆盖,构建应急通信系统,特别是军事宽带战术互联网,基于空中移动平台的毫米波MIMO技术成为当前研究的一个热点问题。目前,关注的热点是基于空中平台和毫米波MIMO技术实现区域骨干通信网络。本文主要围绕这一应用背景,针对其中的关键技术开展
圆周合成孔径雷达(Circular Synthetic Aperture Radar,CSAR)是一种特殊模式的合成孔径雷达(SAR),CSAR通过平台做圆周运动实现合成孔径,具有全方位角观测、波长级高分辨以及三维成像的能力。CSAR可以实现对观测区域的长时间侦察,尤其是对重点区域的地面动目标而言,利用CSAR可以实现地面动目标长时间跟踪,获得其运动轨迹信息。具有上述地面动目标指示(Ground