【摘要】：北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)BDS已在新一代試驗(yàn)衛(wèi)星星座上成功實(shí)現(xiàn)了星間鏈路(ISL)相互偽距測(cè)量.對(duì)時(shí)分體制Ka頻段星間鐘差測(cè)量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析表明,雖然星間鐘差測(cè)量的隨機(jī)誤差水平達(dá)到了10 cm(RMS)水平,但其中仍包含顯著的系統(tǒng)性測(cè)量誤差.該系統(tǒng)誤差嚴(yán)重影響了星間鏈路測(cè)量在星間時(shí)間同步和提升軌道精度等方面的應(yīng)用.分析表明,該系統(tǒng)誤差來源于星間鏈路信號(hào)收發(fā)設(shè)備的時(shí)延.該時(shí)延在地面環(huán)境難以標(biāo)定,且地面標(biāo)定值在衛(wèi)星入軌和在軌工作期間受空間環(huán)境影響可能發(fā)生變化.本文利用BDS星地L雙向時(shí)頻傳遞設(shè)備采集的星地鐘差數(shù)據(jù),以及星間鏈路測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)星間鏈路收發(fā)設(shè)備的組合時(shí)延進(jìn)行最優(yōu)估計(jì).估計(jì)的具體策略是對(duì)任意一個(gè)衛(wèi)星對(duì),利用這兩顆衛(wèi)星的星地鐘差數(shù)據(jù)以及星間鏈路數(shù)據(jù),解算這兩顆衛(wèi)星星間鏈路設(shè)備的組合時(shí)延.對(duì)2IGSO/2MEO新一代試驗(yàn)衛(wèi)星星座連續(xù)14 d的數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明,每天對(duì)每顆衛(wèi)星解算一組星間鏈路組合時(shí)延值,該時(shí)延值的時(shí)間序列具有較好的穩(wěn)定性,其在14 d內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.3 ns.將獲得的組合時(shí)延值應(yīng)用于星間相對(duì)鐘差的測(cè)量,星間鏈路對(duì)地?cái)?shù)據(jù)測(cè)定鐘差與星地L雙向鐘差測(cè)量結(jié)果得到的鐘差具有較好的一致性,證明了組合時(shí)延的自洽性.結(jié)果表明,星間鏈路數(shù)據(jù)對(duì)MEO衛(wèi)星境外弧段鐘差預(yù)報(bào)精度提升尤為明顯:鐘差監(jiān)測(cè)弧段提升達(dá)到全弧段的40%以上;衛(wèi)星入境后,M1S預(yù)報(bào)誤差從3.59降低至0.86 ns,M2S從1.94降低至0.57 ns.
【圖文】：

收發(fā)設(shè)備的時(shí)延導(dǎo)致的系統(tǒng)性測(cè)量誤差.該系統(tǒng)誤差嚴(yán)重影響了星間鏈路測(cè)量在星間時(shí)間同步和提升軌道精度等方面的應(yīng)用.本文利用BDS星地L雙向時(shí)頻傳遞設(shè)備采集的星地鐘差數(shù)據(jù),以及星間鏈路測(cè)量數(shù)據(jù),對(duì)星間鏈路設(shè)備收發(fā)時(shí)延差進(jìn)行估計(jì)以實(shí)現(xiàn)在線的系統(tǒng)誤差標(biāo)定,發(fā)展了時(shí)延在線標(biāo)定技術(shù).并將該方法用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn),得到了較好的結(jié)果.將系統(tǒng)差修正后的星間鏈路相對(duì)鐘差應(yīng)用于衛(wèi)星相對(duì)于BDT鐘差的預(yù)報(bào),結(jié)果表明星間鏈路數(shù)據(jù)對(duì)于MEO衛(wèi)星境外弧段鐘差測(cè)定精度提升尤為明顯.1時(shí)分星間鏈路體制測(cè)量實(shí)現(xiàn)的時(shí)間同步通過星間鏈路(圖1)可獲得區(qū)域地面監(jiān)測(cè)網(wǎng)無法監(jiān)測(cè)到的境外衛(wèi)星相對(duì)于BDT的鐘差,其原理如下:假定有衛(wèi)星A,B和地面站C,其中地面站C維持了BDS的系統(tǒng)時(shí)間BDT.A和C可建立星地雙向鏈路,A和B可建立星間雙向鏈路,通過星地雙向鏈路AC,得到某時(shí)刻A與地面站C的星地鐘差tCA,如果認(rèn)為地面站鐘差為0(即該站實(shí)現(xiàn)的是系統(tǒng)時(shí)間),則可得到衛(wèi)星A的鐘差tA,以及通過星間雙向鏈路AB得到同一時(shí)刻衛(wèi)星A與衛(wèi)星B的星間相對(duì)鐘差tAB,則衛(wèi)圖1星間鏈路測(cè)量示意圖Figure1Inter-satellitelinkandtwo-waysatellitetimeandfrequencytransfer星B的鐘差tB為BABBttt.(1)BDS采用星地雙向時(shí)頻傳遞技術(shù)(two-waysatel-litetimeandfrequencytransfer,TWSTFT)實(shí)時(shí)測(cè)量衛(wèi)星鐘相對(duì)于主控站建立保持的BDT的偏差[7,8].假定L波段上行偽距和下行偽距在同一鐘面時(shí)分別到達(dá)衛(wèi)星和地面測(cè)站,將上行、下行偽距作鐘面時(shí)歸算,比對(duì)歸算后的偽距即可得到衛(wèi)星相對(duì)于BDT的鐘差.

2673論文星地雙向鐘差測(cè)量可以減小單向偽距測(cè)量中的電離層延遲,且不受對(duì)流層延遲的建模誤差、衛(wèi)星軌道誤差和測(cè)站坐標(biāo)的影響.文獻(xiàn)[8]表明,星地雙向時(shí)頻傳遞獲得的區(qū)域系統(tǒng)衛(wèi)星鐘差短期擬合殘差優(yōu)于0.3ns.而試驗(yàn)衛(wèi)星配置了性能更好的銣鐘和被動(dòng)型氫鐘,其短期擬合殘差達(dá)到了0.1ns[9].在定軌使用星地雙向鐘差作為鐘差固定值,可使BDS區(qū)域系統(tǒng)GEO衛(wèi)星的UERE減小27.6%[10].2016年4月7日試驗(yàn)衛(wèi)星的星地雙向鐘差扣除趨勢(shì)項(xiàng)后殘差如圖2所示.北斗新一代試驗(yàn)衛(wèi)星通過星上搭載的ISL測(cè)距設(shè)備實(shí)時(shí)完成衛(wèi)星間雙向偽距測(cè)量.時(shí)分體制下兩顆建鏈衛(wèi)星依次發(fā)射測(cè)量信號(hào),完成一次星間相互測(cè)量,之后再輪循與其他衛(wèi)星進(jìn)行星間相互測(cè)量[11],由于信號(hào)在衛(wèi)星間傳播存在時(shí)延,需根據(jù)衛(wèi)星預(yù)報(bào)星歷和鐘差信息,將不同時(shí)刻觀測(cè)量歸算至相同時(shí)刻[6]:BAABABBAABBABAAB0000000000()()()()(),()()()()(),TTTtTtTTTTtTtTrrrr(2)式中,BA(T0)和AB(T0)為B星到A星、A星到B星的偽距,rA(T0)和rB(T0)為T0時(shí)刻A,B衛(wèi)星位置,tA(T0)和tB(T0)為T0時(shí)刻A、B衛(wèi)星鐘差,BA和AB分別為兩次偽距測(cè)量中待修正誤差項(xiàng).式(2)僅包含T0時(shí)刻的軌道和鐘差信息,則定軌和時(shí)間同步觀測(cè)量為ABBABAABABBA=(000000()()()()()())2()2,TTTTTTrrrr(3)ABBABAABABBA000000()()(()())(()())2()2,tTtTtTtTTT(4)其中,待修正的誤差項(xiàng)主要來自與衛(wèi)星有關(guān)的誤差、圖2(網(wǎng)絡(luò)版彩色)星地雙向鐘差擬合殘差Figure2(Coloronline)FittingresidualsofclockoffsetsfromTWSTFT由信號(hào)傳播引入的誤差、其他誤差[11].在基于星間測(cè)距星間自主定軌中,存在導(dǎo)航

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本文編號(hào)：2555884