為了彌補(bǔ)近年來歐盟的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo）衛(wèi)星密集發(fā)射,而對其星載原子鐘穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)分析相關(guān)研究的不足,提出1種Galileo衛(wèi)星星載原子鐘性能分析方法:利用精密鐘差擬合殘差和重疊阿倫方差的方法分析不同衛(wèi)星類型、不同原子鐘類型的Galileo星載原子鐘的性能;并與全球定位系統(tǒng)（GPS）各類型星載原子鐘進(jìn)行對比。實驗結(jié)果表明:Galileo原子鐘擬合殘差明顯小于GPS各衛(wèi)星的鐘差擬合殘差;通過重疊阿倫方差計算得到的Galileo在軌氫鐘的頻率穩(wěn)定性在整體上優(yōu)于Galileo銣鐘,也好于GPS星載原子鐘;整體來看,Galileo系統(tǒng)的星載原子鐘穩(wěn)定性要好于GPS。 

【文章來源】：導(dǎo)航定位學(xué)報. 2020,8(01)CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

2018年年積日第300~318天GPSG08衛(wèi)星鐘差殘差時間序列

56導(dǎo)航定位學(xué)報2020年2月理、探測和剔除粗差，才能獲得可靠準(zhǔn)確的分析結(jié)果。但相位數(shù)據(jù)不利于粗差剔除，因此需要將鐘差序列轉(zhuǎn)換為頻率數(shù)據(jù)。本文采用鐘差頻率的中位數(shù)絕對偏差（medianabsolutedeviation,MAD)來進(jìn)行探測粗差[2]，其原理為MADMedian(Median()/.)ii=yy06745（3）式中：代表鐘差的頻率序列；Median代表序列的中位數(shù)。序列符合正態(tài)分布時，MAD等于標(biāo)準(zhǔn)偏差。當(dāng)滿足||Median3MAD時，則將其標(biāo)記為粗差予以剔除。該方法是1種簡單有效并應(yīng)用廣泛的探測方法。2.2擬合殘差由于GFZ提供的鐘差產(chǎn)品在天與天之間不連續(xù)，因而本文對每1天的鐘差序列做2次多項式擬合，剔除掉鐘差序列中每天的趨勢項，獲得擬合后的殘差序列。剔除趨勢項后的擬合殘差既可以評估衛(wèi)星鐘差精度，也可以用于后續(xù)重疊阿倫方差計算。圖1~圖4分別給出了Galileo和GPS衛(wèi)星鐘差擬合殘差時間序列結(jié)果。從中可以看出，6顆Galileo衛(wèi)星的鐘差殘差范圍為-0.3~0.3ns，有極好的穩(wěn)定性。而對于GPS，G08上搭載的銫鐘殘差為-3~3ns，其余3顆衛(wèi)星G02、G05和G08搭載的銣原子鐘殘差量級處于同一水平，范圍在-1~1ns之間，這說明銫鐘的短期穩(wěn)定性比銣鐘差。圖5給出了選取的6顆Galileo衛(wèi)星和4顆GPS衛(wèi)星鐘差擬合殘差的均方根(rootmeansquare,RMS）值，可以看出，Galileo衛(wèi)星鐘差擬合殘差的RMS值約為0.1ns，GPS銣鐘的殘差RMS在0.2~0.3ns，銫鐘則超過了0.9ns。因此，Galileo的原子鐘呈現(xiàn)出相對一致的結(jié)果，而GPS的銣鐘表現(xiàn)要明顯優(yōu)于銫鐘，但與Galileo相比整體仍較?

第1期韓有文.Galileo衛(wèi)星星載原子鐘性能分析57衛(wèi)星類型、不同原子鐘類型的重疊阿倫方差計算結(jié)果。圖6Galileo星載原子鐘重疊阿倫方差圖7GPS星載原子鐘重疊阿倫方差目前Galileo只有1顆IOV衛(wèi)星E11搭載了銣原子鐘。雖然從圖1~圖5的殘差圖和統(tǒng)計分析中來看，銣鐘性能與氫鐘的性能相差不多，但根據(jù)重疊阿倫方差的結(jié)果，容易發(fā)現(xiàn)在平均時間300~6600s的范圍內(nèi)，E11搭載的銣鐘的穩(wěn)定性明顯低于其他Galileo衛(wèi)星搭載的氫鐘。但在10000s平均間隔附近，氫鐘有明顯的凸起，而銣鐘則沒有該現(xiàn)象。結(jié)合其他學(xué)者的研究，這里的異常凸起應(yīng)當(dāng)是鐘差數(shù)據(jù)中含有殘留的軌道誤差[8]。這是因為在精密定軌時，鐘差吸收了部分軌道中未被模型化的誤差。氫鐘的重疊阿倫方差穩(wěn)定性較好，因此該誤差的影響在圖6中較明顯，而對E11的銣鐘來說，殘余軌道誤差的影響要小于其本身穩(wěn)定度，故圖6呈現(xiàn)出的結(jié)果并不明顯。此外對比GalileoFOC和IOV的氫鐘穩(wěn)定性結(jié)果，衛(wèi)星類型對原子鐘穩(wěn)定性沒有明顯的影響。與Galileo不同，GPS衛(wèi)星的重疊阿倫方差結(jié)果可以清楚發(fā)現(xiàn)不同的衛(wèi)星類型，其搭載的原子鐘穩(wěn)定性有明顯區(qū)別[15]。對GPS系統(tǒng)而言，BlockIIF衛(wèi)星搭載的原子鐘呈現(xiàn)出最好的穩(wěn)定性能。在300~2000s的平均時間間隔內(nèi)與Galileo搭載的銣鐘性能相當(dāng)。此外，BlockIIR和IIR-M上的銣鐘性能相當(dāng)，而BlockIIF上搭載的銫鐘其短期穩(wěn)定性相對較差。千秒穩(wěn)定度、萬秒穩(wěn)定度以及天穩(wěn)定度的大小是衡量鐘差預(yù)報精度的標(biāo)準(zhǔn)。為了直觀，表2、表3給出了2個系統(tǒng)星載原子鐘的千秒穩(wěn)、萬秒穩(wěn)和天穩(wěn)（86400s）值�？梢郧宄乜闯鯣alileo銣鐘的千秒穩(wěn)要差于氫鐘


本文編號：3531908