本文關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航中的時間參數(shù)及其測試方法

  更多相關(guān)文章： UTC 時間參數(shù) 測試方法 接收機(jī)延遲 授時性能

【摘要】：目前的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都是基于時間測量實現(xiàn)的,準(zhǔn)確穩(wěn)定的時間是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行的最基礎(chǔ)保障。時間參數(shù)作為衛(wèi)星導(dǎo)航中時間信息的表現(xiàn)方式,它不僅是實現(xiàn)定位、測速等功能的前提保證,更直接關(guān)系著系統(tǒng)的服務(wù)性能,有必要對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時間參數(shù)進(jìn)行全面的分析和測試。在對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位和授時技術(shù)進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)的歸納了衛(wèi)星導(dǎo)航中時間參數(shù)的功能及特征,研究了導(dǎo)航電文中時間參數(shù)和用戶端時間參數(shù)的表征方法及其對系統(tǒng)服務(wù)性能的影響。針對用戶的使用特點,提出了對衛(wèi)星廣播UTC時間與實際UTC偏差進(jìn)行測試的概念和方法,同時研究了各項時間參數(shù)的測試方法并對整個導(dǎo)航系統(tǒng)的授時性能進(jìn)行綜合測試與評估。通過對GPS、GLONASS、北斗三大導(dǎo)航系統(tǒng)中關(guān)鍵時間參數(shù)進(jìn)行分析與測試,驗證了本文提出的測試方法。本文主要的工作和創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)從用戶角度出發(fā),研究了定位過程和授時過程中時間參數(shù)的變化特點,歸納了導(dǎo)航電文中時間參數(shù)和用戶端時間參數(shù)的內(nèi)容,系統(tǒng)地給出了時間參數(shù)的變化規(guī)律和特點,同時分析了時間參數(shù)的測試要點。(2)研究了導(dǎo)航電文中溯源模型的測試方法,設(shè)計實際的測試試驗,對GPS、GLONASS、北斗的溯源模型進(jìn)行了測試分析。結(jié)果表明一年內(nèi)GPS系統(tǒng)的溯源模型預(yù)報誤差在?3ns以內(nèi),優(yōu)于GLONASS和北斗;而北斗系統(tǒng)的溯源模型預(yù)報值存在較大誤差,誤差范圍為-50ns~100ns。利用此試驗平臺分析了用戶獲得導(dǎo)航系統(tǒng)時間的特點,發(fā)現(xiàn)在測試的兩個月內(nèi)GPST和BDT均呈現(xiàn)單調(diào)波動趨勢,GPST的波動范圍較小,而BDT隨時間增加逐步向UTC逼近并趨于穩(wěn)定。GLONASST在2015年1月出現(xiàn)較大的相位調(diào)整,調(diào)整后的穩(wěn)定度要低于BDT。(3)針對星鐘模型測試中的難點,提出了衛(wèi)星廣播系統(tǒng)時間的測試方法。從用戶角度出發(fā),不單獨(dú)評估星鐘模型的誤差,而是評估用戶從每顆衛(wèi)星信號中獲得的系統(tǒng)時間性能,這種轉(zhuǎn)換明確了測試對象,不僅使測試過程易于操作,并且能夠真實反映用戶的定位誤差和授時誤差。結(jié)果表明GPS衛(wèi)星廣播系統(tǒng)時間的誤差要優(yōu)于GLONASS和北斗。最后設(shè)計差分星鐘模型改正的方法對測試結(jié)果進(jìn)行驗證。相比導(dǎo)航電文中星鐘模型廣播值對定位的影響,加入本文測試結(jié)果改正后用戶的定位誤差明顯減小,對GPS、GLONASS和北斗定位誤差的改善幅度分別為79.91%、75.15%和50.85%,驗證了測試方法的正確性。(4)接收機(jī)延遲作為導(dǎo)航領(lǐng)域的難點,是本文重點研究的對象之一,提出了基于鐘駕馭型接收機(jī)的校準(zhǔn)方法,對本文使用的兩款接收機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)試驗。其中GPS/GLONASS接收機(jī)的頻間偏差隨GLONASS頻率號增加呈線性遞增趨勢,變化范圍在0~13ns之間,校準(zhǔn)不確定度GPS L1和L2分別為1.8ns、1.6ns,GLONASS L1為5.2ns。而北斗接收機(jī)延遲隨著外部輸入1PPS與10MHz信號相位差的變化表現(xiàn)出強(qiáng)相關(guān)性,且延遲在接收機(jī)連續(xù)運(yùn)行和開關(guān)機(jī)運(yùn)行下存在差異,這是容易被忽略的因素;通過設(shè)計零基線比對試驗對校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行了驗證,校準(zhǔn)不確定度北斗B1、B2為2.8ns,B3為2.3ns。(5)從系統(tǒng)層面出發(fā),研究了衛(wèi)星授時的單星測試方法和多星綜合測試方法,提出了衛(wèi)星廣播UTC與實際UTC偏差的性能表征體系,并針對三大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的授時性能開展了綜合測試與評估試驗。結(jié)果表明2014年GPS衛(wèi)星廣播時間與UTC偏差為-30ns~20ns,授時誤差優(yōu)于-15ns。GLONASS系統(tǒng)時間在2014年8月出現(xiàn)跳變,在此之前授時誤差高于-200ns,在此之后授時誤差逐步降低至-20ns以內(nèi),與同時期T公報數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,發(fā)現(xiàn)T公報監(jiān)測的GLONASST-UTC存在220ns左右的系統(tǒng)差。而北斗衛(wèi)星廣播時間與UTC偏差的波動較大,由于北斗溯源模型存在誤差,導(dǎo)致目前北斗系統(tǒng)的授時誤差較大,因此用戶通過北斗導(dǎo)航信號獲得的UTC時間與實際UTC時間存在較大偏差。根據(jù)本文給出的衛(wèi)星廣播UTC時間和實際UTC偏差的測試方法與測試結(jié)果,可以進(jìn)一步深入了解衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位、授時性能,分析系統(tǒng)需要改進(jìn)的方向,為我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用推廣提供支撐。同時本文將部分評估結(jié)果通過互聯(lián)網(wǎng)以FTP的方式定期發(fā)布出去,為進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計、提高系統(tǒng)授時性能奠定基礎(chǔ),方便用戶有選擇的進(jìn)行使用。
【關(guān)鍵詞】：UTC 時間參數(shù) 測試方法 接收機(jī)延遲 授時性能
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（國家授時中心）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P228.4;TN96.1
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 目錄11-15
• 圖表目錄15-23
• 第1章 緒論23-35
• 1.1 引言23-26
• 1.1.1 時間的概念23-25
• 1.1.2 授時技術(shù)的發(fā)展25-26
• 1.2 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的時間體系26-32
• 1.2.1 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概述26-28
• 1.2.2 時間體系的功能28-30
• 1.2.3 時間體系的組成30
• 1.2.4 時間參數(shù)的作用及種類30-32
• 1.3 本文的研究意義32
• 1.4 論文的內(nèi)容安排32-35
• 第2章 衛(wèi)星導(dǎo)航授時技術(shù)研究35-55
• 2.1 衛(wèi)星導(dǎo)航的系統(tǒng)時間35-41
• 2.1.1 系統(tǒng)時間的物理意義35-36
• 2.1.2 系統(tǒng)時間的產(chǎn)生與保持36
• 2.1.3 系統(tǒng)時間的溯源36-38
• 2.1.4 系統(tǒng)時間性能測試38-41
• 2.2 衛(wèi)星導(dǎo)航的授時過程41-45
• 2.2.1 授時原理41-43
• 2.2.2 授時過程的關(guān)鍵技術(shù)43-45
• 2.3 授時過程的誤差分析45-52
• 2.3.1 發(fā)射端誤差45-47
• 2.3.2 傳播路徑誤差47-50
• 2.3.3 接收端誤差50-52
• 2.4 本章小結(jié)52-55
• 第3章 衛(wèi)星導(dǎo)航中的時間參數(shù)及其影響55-73
• 3.1 導(dǎo)航電文中的時間參數(shù)55-62
• 3.1.1 溯源模型參數(shù)55-58
• 3.1.2 星鐘模型參數(shù)58-60
• 3.1.3 發(fā)射通道偏差參數(shù)60-62
• 3.2 用戶端的時間參數(shù)62-69
• 3.2.1 本地時間延遲63-65
• 3.2.2 天線群時延65-67
• 3.2.3 接收機(jī)延遲67-69
• 3.3 時間參數(shù)對衛(wèi)星導(dǎo)航的影響69-71
• 3.4 本章小結(jié)71-73
• 第4章 導(dǎo)航電文中時間參數(shù)的測試方法研究73-95
• 4.1 溯源模型參數(shù)的測試方法研究73-78
• 4.1.1 測試方法73-75
• 4.1.2 溯源模型預(yù)報誤差分析75-77
• 4.1.3 小結(jié)77-78
• 4.2 星鐘模型參數(shù)的測試方法研究78-87
• 4.2.1 測試方法78-80
• 4.2.2 衛(wèi)星廣播系統(tǒng)時間的測試結(jié)果80-85
• 4.2.3 測試結(jié)果驗證85-87
• 4.3 發(fā)射通道偏差參數(shù)的測試方法研究87-94
• 4.3.1 測試方法87-90
• 4.3.2 發(fā)射通道偏差誤差分析90-92
• 4.3.3 測試結(jié)果驗證92-94
• 4.4 本章小結(jié)94-95
• 第5章 用戶端時間參數(shù)的測試方法研究95-125
• 5.1 本地時間延遲的測試方法研究95-98
• 5.1.1 搬運(yùn)鐘測試法原理96-97
• 5.1.2 測試結(jié)果97-98
• 5.2 天線群時延的測試方法研究98-104
• 5.2.1 三天線法測試原理98-100
• 5.2.2 測試結(jié)果100-103
• 5.2.3 測試不確定度分析103-104
• 5.3 GPS/GLONASS雙模接收機(jī)的測試方法研究104-115
• 5.3.1 接收機(jī)特性分析104-105
• 5.3.2 接收機(jī)延遲的組成105
• 5.3.3 絕對校準(zhǔn)原理與方法105-107
• 5.3.4 校準(zhǔn)試驗107-113
• 5.3.5 校準(zhǔn)不確定度分析113-114
• 5.3.6 接收機(jī)頻間偏差114-115
• 5.4 北斗接收機(jī)的測試方法研究115-124
• 5.4.1 接收機(jī)特性分析115-116
• 5.4.2 零值校準(zhǔn)原理116
• 5.4.3 TtP對接收機(jī)零值的影響116-118
• 5.4.4 校準(zhǔn)試驗118-121
• 5.4.5 校準(zhǔn)不確定度分析121-122
• 5.4.6 零基線比對試驗122-124
• 5.5 本章小結(jié)124-125
• 第6章 導(dǎo)航系統(tǒng)授時性能綜合測試與評估125-159
• 6.1 導(dǎo)航系統(tǒng)授時性能綜合測試與評估要求125-127
• 6.1.1 測試與評估的主要內(nèi)容126
• 6.1.2 測試與評估的性能表征126-127
• 6.2 導(dǎo)航系統(tǒng)授時性能綜合測試與評估方法127-135
• 6.2.1 測試與評估的原理127-129
• 6.2.2 試驗平臺搭建129-134
• 6.2.3 不確定度分析134-135
• 6.3 導(dǎo)航系統(tǒng)授時性能綜合測試與評估結(jié)果135-152
• 6.3.1 GPS測試與評估結(jié)果135-140
• 6.3.2 GLONASS測試與評估結(jié)果140-145
• 6.3.3 北斗測試與評估結(jié)果145-149
• 6.3.4 小結(jié)149-152
• 6.4 評估結(jié)果的發(fā)布152-157
• 6.4.1 評估結(jié)果的發(fā)布方法152-153
• 6.4.2 評估結(jié)果的發(fā)布內(nèi)容153-157
• 6.5 本章小結(jié)157-159
• 第7章 總結(jié)與展望159-161
• 7.1 論文的主要結(jié)論與創(chuàng)新點159-160
• 7.2 下一步工作展望160-161
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和研究成果161-163
• 參考文獻(xiàn)163-17

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