北斗卫星导航系统授时性能评估研究

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授时是卫星导航系统一个非常重要的功能,实现授时服务的前提是解决时间的测量与同步问题,这就需要将卫星导航系统各个部分的时钟都统一到一个公共的时间标准上,因此,卫星导航系统对时间的要求可归结为时间的同步比对问题。根据国际电联(ITU)的授时系统发播标准,授时系统时间和标准时间UTC之间的偏差应维持在100ns以内,所以,卫星导航系统的系统时间首先要溯源到标准时间并保持良好性能,才能进一步为用户提供高精度的授时服务。本文在深入学习卫星导航系统授时理论和系统时间评估方法的基础上,对其中的关键技术和相关算法进行研究,针对北斗卫星导航系统的系统时间性能和授时服务展开了详细的评估测试试验。总体来说,论文的主要研究内容概括如下:(1)阐述时间频率传递技术与授时服务的研究背景,分析授时技术的发展历程与现状,并讨论系统时间对于卫星导航系统尤其是授时服务的重要意义。(2)介绍卫星导航系统中所涉及到的几种重要的时间系统,说明卫星导航系统的授时方法及其基本工作原理,详细地研究了有关时间传递与授时过程中需考虑的误差来源,并讨论相应的修正方法或解决办法。(3)重点研究北斗卫星导航系统的系统时间性能评估方法,详细阐述GPS共视(GPS CV)、北斗共视(BD CV)和双向卫星时间频率传递(TWSTFT)三种方法的工作原理,比较分析各种方法的优缺点。基于这三种方法获得北斗卫星导航系统(BDS)的系统时间BDT与国家标准时间UTC(NTSC)的时差值,经过剔除粗差、误差修正、平滑滤波等处理,得到准确的相对时差值,主要对处理过程中的Kalman滤波和Vondrak平滑方法进行详细研究并分析各自的特点。(4)通过试验分析评估北斗卫星导航系统时间性能,主要从频率准确度、频率漂移率及频率稳定度三个指标分析比较试验结果,结果表明,BDT相对于UTC(NTSC)的最大时差值为86ns,不同方法的频率准确度结果平均值小于3×10-14,频率漂移率均小于4×10-14,以及频率稳定度均小于5×10-14/天。(5)在分析总结北斗卫星导航系统的授时原理及定时接收机有关技术的基础上,通过RNSS静态授时/定时测试试验,验证地面运控系统定时测试终端的定时功能,包含信号的接收、处理、定时解算等功能,根据测试点用户机的评估试验结果可以看出,测试时间段内,基于固定测试点的三组用户机授时精度标准差分别为:36.55ns、37.53ns、35.27ns。
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