GNSS导航系统星地时间同步研究

摘要

20世纪50年代以来，随着计算机和通讯技术的高速发展，各种卫星导航定位系统相继建立，如全球定位系统 GPS、全球导航卫星系统GLONASS、欧洲卫星导航系统 GALILEO、北斗双星导航定位系统 RDSS等。利用卫星导航系统进行精密授时和时间比对已成为一个重要的研究领域。针对我国北斗导航系统建设中的关键问题与核心技术，结合GPS系统的观测数据，本文以MATLAB7.0和BERNESE V5.0软件为平台详细研究了星地时间同步问题。主要研究：
　　1、阐述了时间和导航系统的基本概念，详细推导了星地时间同步的基本原理及数据处理过程；探讨了三种利用GNSS导航系统进行精密授时的方法：单向时间同步、双向时间同步和激光时间同步。
　　2、探讨分析了星地时间同步的影响因素，包括：接收机观测数据的粗差、卫星星历误差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、码间偏差(DCB)及多路径效应等。重点研究了观测值粗差探测、电离层延迟误差、对流层延迟误差和码间偏差改正模型。研究结果表明：在粗差探测和修正的众多方法中，众数投票法和粗差拟准检定法能较好的探测粗差，并能较好的修正含有粗差的观测数据。GPS现代化后，将增加民用频率L5和在L2载波上调制C/A码，本文推导了利用双频或多频观测值修正电离层延迟公式。研究了基于双频载波观测模型的DCB参数估计问题，得出了些有益结论。
　　3、结合前面研究成果设计了星地时间同步的总体方案。考虑到当前设备的经济性，重点研究了单频信号单向时间同步方案和双频信号单向时间同步方案。在单向时间同步的两种方案中，针对每一项误差都采取了较优的处理方法,利用亚洲区域14个 IGS跟踪站的GPS观测数据，进行了单向时间同步两种方案的算例分析。算例结果表明：基于单频观测数据的较优误差优化模型的单频信号单向时间同步的精度可以达到0.5 ns；基于双频观测数据的较优误差优化模型的双频信号单向时间同步的精度可以达到0.01 ns。

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第一章 绪 论

1.1 时间和时间同步的基本概念

1.2 课题的来源与意义

1.3 该领域目前的国内外研究水平和发展趋势

1.4 研究思路与主要结构

第二章 GNSS 星地时间同步技术

2.1 GNSS 导航系统

2.2 星地时间同步原理

2.3 星地时间同步方法

2.4 小结

第三章 GNSS 星地时间同步误差分析

3.1 GNSS 系统观测中的误差源

3.2 单向时间同步总体误差分析

3.3 双向时间同步总体误差分析

3.4 星地时间同步方法的比较分析

3.5 结合北斗导航系统星地时间同步方法选取的建议

3.6 小结

第四章 GNSS 星地时间同步误差处理方案设计与分析

4.1 观测值粗差

4.2 电离层延迟误差及其改正模型原理

4.3 对流层延迟误差估计的模型原理

4.4 码间偏差 DCB

4.5 多路径效应

4.6 小结

第五章 基于跟踪站观测数据的星地时间同步方案设计

5.1 单向时间同步总体方案设计及其算例分析

5.2 双向时间同步方案总体设计

5.3 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文情况