發(fā)布時間：2019-11-04 23:47

【摘要】：北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)BDS已在新一代試驗衛(wèi)星星座上成功實現(xiàn)了星間鏈路(ISL)相互偽距測量.對時分體制Ka頻段星間鐘差測量實測數(shù)據(jù)的分析表明,雖然星間鐘差測量的隨機誤差水平達到了10 cm(RMS)水平,但其中仍包含顯著的系統(tǒng)性測量誤差.該系統(tǒng)誤差嚴(yán)重影響了星間鏈路測量在星間時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收發(fā)設(shè)備的時延.該時延在地面環(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雙向時頻傳遞設(shè)備采集的星地鐘差數(shù)據(jù),以及星間鏈路測量數(shù)據(jù),對星間鏈路收發(fā)設(shè)備的組合時延進行最優(yōu)估計.估計的具體策略是對任意一個衛(wèi)星對,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)備的組合時延.對2IGSO/2MEO新一代試驗衛(wèi)星星座連續(xù)14 d的數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明,每天對每顆衛(wèi)星解算一組星間鏈路組合時延值,該時延值的時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.將獲得的組合時延值應(yīng)用于星間相對鐘差的測量,星間鏈路對地數(shù)據(jù)測定鐘差與星地L雙向鐘差測量結(jié)果得到的鐘差具有較好的一致性,證明了組合時延的自洽性.結(jié)果表明,星間鏈路數(shù)據(jù)對MEO衛(wèi)星境外弧段鐘差預(yù)報精度提升尤為明顯:鐘差監(jiān)測弧段提升達到全弧段的40%以上;衛(wèi)星入境后,M1S預(yù)報誤差從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)備的時延導(dǎo)致的系統(tǒng)性測量誤差.該系統(tǒng)誤差嚴(yán)重影響了星間鏈路測量在星間時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雙向時頻傳遞設(shè)備采集的星地鐘差數(shù)據(jù),以及星間鏈路測量數(shù)據(jù),對星間鏈路設(shè)備收發(fā)時延差進行估計以實現(xiàn)在線的系統(tǒng)誤差標(biāo)定,發(fā)展了時延在線標(biāo)定技術(shù).并將該方法用實測數(shù)據(jù)檢驗,得到了較好的結(jié)果.將系統(tǒng)差修正后的星間鏈路相對鐘差應(yīng)用于衛(wèi)星相對于BDT鐘差的預(yù)報,結(jié)果表明星間鏈路數(shù)據(jù)對于MEO衛(wèi)星境外弧段鐘差測定精度提升尤為明顯.1時分星間鏈路體制測量實現(xiàn)的時間同步通過星間鏈路(圖1)可獲得區(qū)域地面監(jiān)測網(wǎng)無法監(jiān)測到的境外衛(wèi)星相對于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,得到某時刻A與地面站C的星地鐘差tCA,如果認為地面站鐘差為0(即該站實現(xiàn)的是系統(tǒng)時間),則可得到衛(wèi)星A的鐘差tA,以及通過星間雙向鏈路AB得到同一時刻衛(wèi)星A與衛(wèi)星B的星間相對鐘差tAB,則衛(wèi)圖1星間鏈路測量示意圖Figure1Inter-satellitelinkandtwo-waysatellitetimeandfrequencytransfer星B的鐘差tB為BABBttt.(1)BDS采用星地雙向時頻傳遞技術(shù)(two-waysatel-litetimeandfrequencytransfer,TWSTFT)實時測量衛(wèi)星鐘相對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分別到達衛(wèi)星和地面測站,將上行、下行偽距作鐘面時歸算,比對歸算后的偽距即可得到衛(wèi)星相對于BDT的鐘差.

2673論文星地雙向鐘差測量可以減小單向偽距測量中的電離層延遲,且不受對流層延遲的建模誤差、衛(wèi)星軌道誤差和測站坐標(biāo)的影響.文獻[8]表明,星地雙向時頻傳遞獲得的區(qū)域系統(tǒng)衛(wèi)星鐘差短期擬合殘差優(yōu)于0.3ns.而試驗衛(wèi)星配置了性能更好的銣鐘和被動型氫鐘,其短期擬合殘差達到了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日試驗衛(wèi)星的星地雙向鐘差扣除趨勢項后殘差如圖2所示.北斗新一代試驗衛(wèi)星通過星上搭載的ISL測距設(shè)備實時完成衛(wèi)星間雙向偽距測量.時分體制下兩顆建鏈衛(wèi)星依次發(fā)射測量信號,完成一次星間相互測量,之后再輪循與其他衛(wèi)星進行星間相互測量[11],由于信號在衛(wèi)星間傳播存在時延,需根據(jù)衛(wèi)星預(yù)報星歷和鐘差信息,將不同時刻觀測量歸算至相同時刻[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時刻A,B衛(wèi)星位置,tA(T0)和tB(T0)為T0時刻A、B衛(wèi)星鐘差,BA和AB分別為兩次偽距測量中待修正誤差項.式(2)僅包含T0時刻的軌道和鐘差信息,則定軌和時間同步觀測量為ABBABAABABBA=(000000()()()()()())2()2,TTTTTTrrrr(3)ABBABAABABBA000000()()(()())(()())2()2,tTtTtTtTTT(4)其中,待修正的誤差項主要來自與衛(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由信號傳播引入的誤差、其他誤差[11].在基于星間測距星間自主定軌中,存在導(dǎo)航

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本文編號：2555884