正交迭代泛函网络在中短期钟差预报中的应用

 在卫星钟源无法与地面钟源进行实时比对的时段中,准确预报卫星钟差对于维持卫星的稳定运行具有重要意义。针对卫星钟差的中短期预报问题,选择多项式模型对钟差进行建模分析,设计了一种基于滑动窗模型的正交迭代泛函网络算法。利用泛函网络的非线性学习能力对钟差预报模型进行拟合分析,采用正交函数作为泛函网络的基函数簇,并引入滑动窗思想来更新输入层元素进行迭代训练,获得较小的预报误差。分析表明,预报时间小于12 h 时,预报误差为0.2~0.5 ns,预报精度与IGU P精度相当;当预报时间为24 h 时,预报误差总体在1 ns,预报精度略次于IGU P 精度;当预报时间为1 个卫星周时,最大误差达130 ns,难以满足卫星运行对钟源的要求。研究表明：该算法适合于短期卫星钟差预报,不适合中长期钟差预报。     

Yaw attitude of eclipsing GPS satellites and its impact on solutions from precise point positioning

During the period when a GPS satellite, the Earth and the Sun are approximately collinear, the phenomenon of eclipsing the satellite occurs, when the satellite yaw attitude deviates from its nominal case, i.e. the body X-axis cannot point towards the Sun for Block II&IIA or away from it for Block IIR satellites. The yaw attitude of the eclipsing satellites has a significant influence on both the satellite clock estimation at each International GNSS Service (IGS) Analysis Center (AC) and for users of the precise point positioning (PPP) implementations. It is known that, during the eclipsing periods, inconsistent yaw attitude models among the ACs will contribute to the errors of the IGS combined clock products. As for the PPP user, the influence of the eclipsing satellite is two-fold. First, as the satellite clocks are always kept fixed during PPP implementation, the above-mentioned problematic IGS clocks will inevitably be passed on to the PPP estimates. Second, the improper yaw attitude modeling of the eclipsing satellite will cause a correction bias exceeding 1 dm for the two kinds of attitude-related systematic errors, namely the phase wind-up and satellite antenna phase center offset, which will further deteriorate the accuracy of the PPP solutions. A yaw attitude model is introduced in this paper with the aim of improving the reliability of PPP solutions during the satellite eclipsing period.     

大气传输对量子纠缠时钟同步测量精度影响分析

采用量子纠缠进行时钟同步的测量精度在理想信道传输中可以达到飞秒级;但纠缠光子在非理想信道(大气层)传输中将产生传输时延。分析了因大气吸收效应和散射效应产生的衰减和散射效应引起的时延,重点分析了两者对于量子时钟同步测量结果的影响。仿真表明,经过大气传输后量子时钟同步测量精度为0.01 ns,传输经验模型造成误差为1 ns。     

基于IEEE 1588协议的网络时钟同步系统

提出一种基于IEEE1588协议和卫星授时的局域网内时间同步方案,将FC3180微控制器作为设备的核心控制单元,结合相应的硬件单元实现IEEE1588协议,将通过授时模块获取的卫星上的时间作为基准时间.IEEE1588将此基准时间分布到局域网中,并将各个从时钟设备的时间同步到基准时间源上.实验结果表明,该方案能够实现亚微秒级别的时间同步精度,达到了IEEE1588协议规定的精度,能够满足大部分应用系统对时间同步的要求,具有一定的应用价值.     

北斗星基增强系统性能提升初步评估

介绍了北斗星基增强系统及广域差分改正数算法.采用10个测站6d的相位平滑伪距和相位观测数据,初步评估了北斗星基增强系统性能提升后的用户定位性能.结果表明:用户相位平滑伪距增强定位精度在东、北和天顶3个方向上分别达到0.3m、0.4m和0.8m,相对于普通导航平均三维提高了53%;基于精密单点定位技术的用户相位增强定位坐标平均在7min内收敛到1m以内,收敛之后水平坐标精度能达到0.1m,高程坐标精度能达到0.2m,两项指标都优于基于外部后处理精密轨道钟差的精密单点定位结果.     

利用广播星历计算GPS卫星位置及误差分析

为了提高GPS卫星轨道计算的精确性和实时性,通过对GPS卫星的广播星历进行分析,利用从广播星历中获取的开普勒轨道参数和轨道摄动修正项,以2005年11月6日的R INEX格式的广播星历为例,通过编程,计算了07号卫星当天24 h的轨道位置坐标,并将其与当天的精密星历所提供的卫星轨道位置坐标进行对比,并对广播星历的轨道精度进行初步的讨论。结果表明,该方法确实提高了GPS卫星轨道位置坐标计算的精度。利用广播星历计算GPS卫星位置的误差主要是由于时间外推方法造成的。     

GNSS导航电文空间信号测距误差分析

空间信号测距误差(Signal-In-Space Range Error,SISRE)描述卫星广播星历误差和钟差参数误差在用户平均星站方向的投影,是影响用户定位授时精度的关键因素.本文以事后精密轨道和钟差参数为基准,分别评估Galileo,GPS和BDS-3卫星的广播星历轨道用户测距误差(User Range Error,URE)、钟差参数误差、SISRE的大小和特征.结果表明,Galileo,GPS,BDS-3的SISRE分别为0.14,0.49,0.35 m.三者的广播星历轨道URE分别为0.14,0.27,0.09 m.三者的钟差参数误差分别为0.14,0.41,0.35 m.Galileo广播星历径向轨道误差和钟差参数误差之间具有很强的相关性.两者相互抵消,可有效降低Galileo卫星的SISRE.不同类型GPS卫星的钟差参数误差和SISRE有明显区别.随着GPS卫星的更新换代,其钟差参数误差和SISRE会逐步降低.BDS-3卫星具备与GPS和Galileo卫星显著不同的特征:(1)BDS-3卫星广播星历轨道径向误差和钟差参数误差的相关性较小,自洽性较差;(2)BDS-3卫星广播星历轨道URE较小,而钟差参数误差较大.其中,BDS-3卫星的广播星历轨道URE小于Galileo和GPS,但是其钟差参数误差对SISRE的贡献显著大于Galileo和GPS.通过比对上述卫星的SISRE大小及特征,指出提高钟差参数精度是提高BDS-3卫星空间信号精度的关键.     

北斗导航卫星氢原子钟性能分析评估

星载原子钟是导航卫星最重要的载荷之一,负责星上时间基准的产生和维持.我国北斗三号导航试验卫星首次配置了23 kg级被动型星载氢原子钟,验证了氢原子钟的空间环境适应性和在轨性能,实现在轨运行误差小于1 ns/d.在北斗三号全球导航卫星系统中,氢原子钟已作为主钟应用至GEO,IGSO和MEO三类导航卫星,对系统的运行发挥至关重要的作用.本文从氢原子钟的机理和性能评估方法出发,比较了铷钟、铯钟和氢钟三类原子钟的性能差异,根据地面和在轨测试数据,给出氢原子钟在轨运行性能评估结果;最后利用卫星遥测数据建模,对氢原子钟健康状况和寿命进行了初步分析.     

BD2/GPS高精度同步时钟装置的设计与应用

针对CCD(Charge Coupled Device)相机在探测脉冲激光光斑过程中曝光时刻与脉冲激光同步的问题, 提出一种利用超前预测方式同步触发CCD相机抓拍光斑图像的高精度时钟源设计方案。该装置主要采用北斗2导航系统(BD2： BeiDou2 navigation satellite system)/全球定位系统(GPS： Global Positioning System), 双模接收单元提供的协调世界时(UTC： Universal Time Coordinated）时间以及高精度秒脉冲（PPS： One-Pulse Per -Second）时间基准作为同步时钟装置的基准源, 并结合现场可编程门阵列(FPGA： Field Programmable Gate Array)高速时序计算与微控制单元接口技术, 保证CCD相机同步抓拍时间, 从而完成高精度的同步触发。实验表明, 该装置可以提供微秒级时间同步精度和标准授时信息, 有效地缩短了CCD相机曝光时间, 得到完整清晰的高信噪比脉冲激光光斑图像。     

基于人工鱼群优化LS-SVM的卫星钟差预报

针对导航卫星短期钟差预报精度不高的问题,提出了一种基于人工鱼群(AFSA)优化最小二乘支持向量机(LS-SVM)的卫星钟差预报方法。利用人工鱼群算法较强的全局寻优能力优化LS-SVM模型的惩罚参数和核宽度参数,避免人为选择参数的盲目性,提高了LS-SVM的泛化能力和预报精度。选取IGS产品中4颗典型卫星的钟差数据,分别采用人工鱼群优化LS-SVM模型、神经网络模型和灰色系统模型进行短期钟差预报,计算结果表明:人工鱼群优化LS-SVM模型的预报精度优于其它2种模型,尤其是在铷钟方面,预报误差在0.5 ns内,运行时间在5 min内。     

双星系统高精度共视授时技术

远距离、高精度的时间同步对SDH通信网、电力系统调控和卫星导航系统等有着极其重要的意义.在深入研究双星定位导航系统与GPS共视授时理论的基础上,提出了采用双星系统共视授时技术实现远距离、高精度时间同步方法,给出具体的计算模型、误差分析、实验平台、数据处理和仿真.实验结果表明,双星系统共视授时技术可以达到15 ns的授时精度,能够实现远距离、高精度的时间同步.     

GBAS中相位平滑伪距差分修正改进算法

针对卫星导航精度问题,提出一种载波相位平滑伪距差分修正算法的改进方案.通过无码载偏离平滑滤波技术来解决电离层对伪距和载波相位观测值带来的不一致性导致的电离层误差加剧问题.利用信号传播中误差模型预测值、载波信号和码伪距确定滤波器的衰减因子,把接收到的双频载波信号相位值和伪距值线性组合,输入滤波器滤波.同时用卫星修正信息对平滑伪距值中钟差进行修正.仿真结果表明通过该算法能够减少滤波后的信号残差,提高载波相位平滑伪距差分修正值标准差的可用性,减少电离层误差对星基导航精密进近阶段定位精度的影响.     

GPS卫星位置解算算法研究

GPS定位中需要计算出卫星位置信息来确定用户位置。为快速准确定位,必须得到精确的卫星位置。分析了GPS广播星历,提出了一种利用广播星历和迭代法计算GPS卫星位置的方法,该方法解算速度快、准确度高。     

一种全球导航卫生系统钟差估计优化方案的量化研究

摘要：针对卫星钟差解算策略的优化问题,本文基于BERNESE GNSS数据处理软件,设计了卫星估计钟差解算方案。提出了“单位时间误差梯度”的概念,量化了解算精密钟差的效率。采用基于TIN的选站法选取参考站,利用历元参数在历元间的独立性,分步解算各类参数。既减少了因大量历元参数存在引起的时间迟滞,又消除了单历元观测离群值对非历元参数估计的影响,从而提高了GNSS卫星钟差估计效率。利用IGS跟踪站作为参考站对以上解算过程进行实验,结果表明估计钟差与IGS精密钟差的符合精度达到0.1ns,陆态网精密单点定位（PPP）动态解最大偏差小于10cm,能够满足动态定位厘米级的精度要求,为估计钟差时参考站的数量和几何分布的选择提供了参考。     

时钟校准过程中的组合钟差预报模型

时间同步技术在分布式系统中应用广泛,时钟校准是时间同步的前提。针对时间校准过程中所需的时间信号可能出现传递失效等问题,在时间校准过程中引入钟差预报技术。同时为提高钟差预报模型的预报精度,提出一种GM-BP神经网络的钟差预报组合模型,首先利用已测钟差数据建立多个不同维数的GM(1,1)钟差预报模型,并对某时段的钟差进行预报,发挥多个不同GM(1,1)模型的优点;然后利用训练好的BP神经网络对预报结果进行非线性组合,最终的预报结果为BP神经网络非线性组合后的钟差。利用衰减器模拟对流层散射信道,设计对流层散射单向时钟校准试验,利用试验过程中实测的钟差数据进行组合模型精度验证。仿真结果表明,组合模型较单一预报模型,预报误差更加平稳,精度上提高53%~95%。     

基于TDOA的卫星干扰源定位方法的研究

针对到达时间差/到达频率差（time difference of arrival /frequency difference of arrival,TDOA/FDOA）卫星干扰源定位系统中卫星速度难以准确预测,导致定位精度不高,尤其是在参考站数量较少时,定位误差较大的问题,提出了采用TDOA方法实现高精度单参考站卫星干扰源定位。研究了TDOA卫星干扰源定位原理,建立了定位数学模型,采用信赖域算法计算干扰源的位置,进行了定位方法实验验证,分析了定位误差。通过对实测卫星信号的定位试验,证实了该定位方法在单参考站条件下显著提高卫星干扰源定位精度的有效性。     

同步轨道卫星实时测定轨方法

同步轨道卫星由于其"静止"特性,用多台站时间比对技术精确测定地面站到卫星间的伪距。而在以伪距为观测量的测定轨中,观测方程和动力学方程都是非线性的。为了避免线性化方程带来的误差,并满足实时性要求,该文提出用无味Kalman滤波(unscented Kalman filtering,UKF)法。实验是用5个距离拉开的测轨站采集的实测数据,并通过计算机仿真验证,仿真结果表明UKF法测定轨结果随机误差明显减小,而且满足实时性要求。     

Delay Trigger in the Application of Network Testing System

The researchers who study the local area network( LAN) eXtension for instrumentation( LXI) instrument are pursuing instrument’s high-precision synchronization. In the paper,three synchronization modes were discussed which were clock synchronization, trigger synchronization, and response synchronization. Synchronous process between LXI instruments was analyzed and each time factor affecting the synchronization accuracy was discussed. On the basis of the analysis,it can be found that delay trigger plays an important role in the network testing system’s synchronization. Delay trigger can produce an additional time interval to correct the difference of each LXI instrument’s response time. Then,a method to realize the delay trigger was introduced. Delay time can be adjustable according to the actual demand. Finally,synchronization accuracy of network testing system can reach nanoseconds.     

基于激光通信链路的星间时间同步技术

时间同步技术对于导航、定位、授时都有重要作用,是空间应用领域的热门方向.激光通信技术具有通信容量大、保密性和抗干扰性强等优点,因此受到越来越广泛的应用.本文提出了基于激光通信链路的时间同步技术,通过数据帧头实现粗测距,通过接收时钟相位实现精测距.通过理论分析,获得了基于激光通信链路的时间同步精度的理论极限,并进行模拟仿真计算.在双向单程测距条件下,1 Gbps通信速率时可以获得毫米级的测量精度和皮秒级的时间同步精度.采用BPSK相干通信体制,在实验室进行了基于激光通信链路的时间同步试验,结果符合理论预期.     

Automatic data acquisition system and reconstruction algorithm for computerized ionospheric tomography

The design and operation features of the automatic data acquisition system for the low-latitude ionospheric tomography along the 120°E meridian are presented. The system, automatically collects the differential Doppler phase data, and GPS satellite beacon signal is simultaneously collected to achieve time synchronization of all recelvers in whole station-chain. An improved reconstruction algorithm of computerized ionospheric tomography is also proposed, in which calculating of the integral phase constant and choosing of the initial guess are integrated in the procedure of reconstruction and evaluated by the reconstructed image. Both numerical simulation examples and reconstructed results from observed data show that the new algorithm works reasonably and effectively with ionospheric CT problems. Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (49584006) Biography: WU Xiong-bin (1968-), male, Ph. D candidate. Research direction: computerized ionospheric tomography.