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目前,各卫星导航系统的系统时间均采用直接比对的方式溯源至UTC,通过在系统时间和参与UTC计算的守时实验室保持的UTC(k)之间建立双向或GNSS共视时间比对链路,获得系统时间与UTC(k)的偏差。然后采用溯源模型参数生成算法,由该偏差数据生成溯源模型参数,将该参数编入导航电文,向用户广播。用户通过接收导航电文,解算相应参数,将其时间改正到UTC(k),从而实现到UTC的溯源。用户获得UTC的精度为单向授时精度,最高只有十纳秒量级。 对于需要获得纳秒量级授时精度的用户而言,目前尚未有相应的授时手段满足需求,用户只能通过共视时间传递和双向卫星时间传递等方法获得高精度时间。但是,上述方法存在用户容量有限、设备较为复杂、成本相对较高以及无法满足实时性要求等缺点。基于此,本文提出了北斗卫星导航系统末端接收时间溯源方法。 文中提出的溯源方法只通过改变卫星导航电文中溯源模型参数的产生方式,不仅实现了用户时间向UTC的溯源,而且在不给用户增加任何负担的情况下,只需要通过单向接收卫星导航电文,即可达到共视的效果,实现纳秒量级的单向授时,该授时精度优于目前的GNSS单向授时精度。另外,用户的定位精度也得到了改善。 本文所做的主要研究工作和创新点如下: (1)提出了北斗卫星导航系统末端接收时间溯源方法,针对该溯源方法对用户授时精度和定位精度的改善情况进行了详细的分析 北斗卫星导航系统末端接收时间溯源方法的原理为:在中国科学院国家授时中心放置高精度的北斗定时接收机,实时监测UTC(NTSC)与每颗北斗卫星广播的BDT的偏差,通过相应的溯源模型参数生成算法,由此偏差计算获得溯源模型参数,然后发送给北斗主控站,由注入站上行给卫星,通过卫星导航电文形式向用户广播,或者通过星基增强系统或网络播发等方式,提供给用户使用。用户使用该溯源模型参数后,部分误差被抵消,可以实现基于共视原理的单向授时方法,实现纳秒量级的单向授时。 (2)研究了实现该溯源方法需要解决的关键技术 实现该溯源方法需要解决以下两个关键技术:1)溯源模型参数播发技术,可以采用系统自身播发方式和网络播发方式;2)实时共视技术,研究最优的预测周期,实现由事后处理共视到实时预测共视的最优转化。 (3)研究了溯源偏差的预报策略 对溯源偏差进行建模和预报,首先需要分析北斗定时接收机的溯源偏差变化特点,建立适当的模型。并分析预报模型多项式阶次、原始数据时长以及预报时长对溯源模型参数预报精度的影响。综合多方面因素,确定最优的预报参数。 (4)分析了用户使用该溯源方法后获得授时精度的影响因素 分析了用户使用该溯源方法后获得授时结果中主要误差的计算方法,并结合北斗定时接收机的实际观测数据,定量分析了各试验点单向授时结果中的主要误差。 (5)设计试验验证了该溯源方法对用户授时精度和定位精度的改善 为验证该溯源方法的原理,搭建了试验平台。基于该试验平台分别在临潼、喀什、三亚和长春开展试验,根据北斗定时接收机的观测数据,验证了该溯源方法对试验点授时和定位精度的改善效果。