[发明专利]基于Ka测距模式的星间系统差标定方法

摘要

本发明提供了一种基于Ka测距模式的星间系统差标定方法，首先进行星地钟差的解算，并进行星地无线电伪距误差改正；然后进行星间钟差的解算，并进行星间无线电伪距误差改正；由星地双向链路得到的星间钟差与由星间双向链路得到的星间钟差互差，可最终得到星间设备系统差。本发明能够标定星间设备系统偏差，其RMS优于1ns，可以提高星间时间同步精度，从而提高自主导航精度。

主权项

一种基于Ka测距模式的星间系统差标定方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1：星地钟差的解算采用IGS网站提供的精密钟差、精密星历和气象数据，选用两颗在当天连续观测弧段不少于半小时的GPS卫星A和B，以与这两颗卫星能够建立星地链路的地面站做为地面观测站；地面站C相对于卫星A的星地钟差$T_{\mathrm{CA}}=\frac{1}{2}[R_C-R_A]+\frac{1}{2}[{\mathrm{\τ}}_C^T+{\mathrm{\τ}}_A^R-{\mathrm{\τ}}_A^T-{\mathrm{\τ}}_C^R]+\frac{1}{2}[{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{CA}}^{\mathrm{tro}}+{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{CA}}^{\mathrm{ion}}+{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{CA}}^{\mathrm{sag}}+{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{CA}}^{\mathrm{geo}}-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{AC}}^{\mathrm{tro}}-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{AC}}^{\mathrm{ion}}-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{AC}}^{\mathrm{sag}}-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{AC}}^{\mathrm{geo}}];$其中，为地面站C的发射时延，为卫星A的发射时延，为地面站C的接收时延，为卫星A的接收时延，为地面站C到卫星A的对流层延迟，为地面站C到卫星A的电离层延迟，为地面站C到卫星A的Sagnac效应，为地面站C到卫星A的空间几何距离，为卫星A到地面站C的对流层延迟，为卫星A到地面站C的电离层延迟，为卫星A到地面站C的Sagnac效应，为卫星A到地面站C的空间几何距离，R_A为卫星A到地面站C的信号传输时延，R_C为地面站C到卫星A的信号传输时延；步骤2：星地无线电伪距误差改正对步骤1中的对流层时延通过萨斯塔莫宁模型进行改正；对电离层时延通过电离层网格进行空间内插和时间内插进行改正；对Sagnac效应通过测站和卫星的地固系坐标进行改正；对路径传播不对称误差通过精密星历中的卫星速度和测站与卫星的位置关系进行改正；步骤3：星间钟差的解算卫星A发射信号，由卫星B接收时的测量伪距${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{AB}}={\mathrm{\ρ}}_{0\mathrm{AB}}+{\mathrm{\δ}}_A\left(t_e\right)-{\mathrm{\δ}}_B\left(t_r\right)+{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{rel}\_\mathrm{AB}}+{\mathrm{\δ}}_A^T+{\mathrm{\δ}}_B^R+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{AB}};$卫星B发射信号，由卫星A接收时的测量伪距${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{BA}}={\mathrm{\ρ}}_{0\mathrm{BA}}+{\mathrm{\δ}}_B\left(t_e\right)-{\mathrm{\δ}}_A\left(t_r\right)+{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{rel}\_\mathrm{BA}}+{\mathrm{\δ}}_B^T+{\mathrm{\δ}}_A^R+{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{BA}};$其中，ρ_0AB为卫星A发射信号到卫星B的几何距离，ρ_0BA为卫星B发射到卫星A的几何距离，δ_A(t_r)为卫星A在信号接收时刻t_r的钟差，δ_B(t_e)为卫星B在信号发射时刻t_e的钟差，δ_A(t_e)为卫星A在信号发射时刻t_e的钟差，δ_B(t_r)为卫星B在信号接收时刻t_r的钟差，δ_{rel_BA}、δ_{rel_AB}为卫星钟周期性相对论效应，为卫星B接收端时延，为卫星A发射端时延，为卫星B发射端时延，为卫星A接收端时延，ε_BA和ε_AB是随机噪声。得到卫星A、B的星间钟差${\mathrm{\δ}}_A\left(t_r\right)-{\mathrm{\δ}}_B\left(t_r\right)=\frac{1}{2}[({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{AB}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{BA}})-({\mathrm{\ρ}}_{0\mathrm{AB}}-{\mathrm{\ρ}}_{0\mathrm{BA}})-({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{rel}\_\mathrm{AB}}-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{rel}\_\mathrm{BA}})-({\mathrm{\δ}}_A^T+{\mathrm{\δ}}_B^R)+({\mathrm{\δ}}_B^T+{\mathrm{\δ}}_A^R)]+\mathrm{\ϵ};$ε表示随机噪声；步骤4：将卫星A、B间的双向伪距归化到同一历元；步骤5：星间无线电伪距误差改正对步骤3得到的卫星A、B的星间钟差采用相对论效应修正和传播路径不对称修正，相对论效应修正公式为：δ_{rel_AB}＝‑2X_A(t_r)·V_A(t_r)/c，δ_{rel_BA}＝‑2X_B(t_r)·V_B(t_r)/c；其中：X_A(t_r)和X_B(t_r)分别为卫星A、B在接收时刻的位置，V_A(t_r)和V_B(t_r)分别为卫星A、B在接收时刻的速度；传播路径不对称修正公式为：ρ_0AB＝|X_B(t_r)‑X_A(t_e)|＝|X_B(t_r)‑X_A(t_r)|+(X_B(t_r)‑X_A(t_r))·V_B(t_r)/c，ρ_0BA＝|X_A(t_r)‑X_B(t_e)|＝|X_A(t_r)‑X_B(t_r)|+(X_A(t_r)‑X_B(t_r))·V_A(t_r)/c，最终得到星间钟差$\begin{array}{c}{\mathrm{\δ}}_A\left(t_r\right)-{\mathrm{\δ}}_B\left(t_r\right)=\frac{1}{2}[{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{AB}}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{BA}}-\frac{X_B\left(t_r\right)-X_A\left(t_r\right)}{C}(V_A\left(t_r\right)+V_B\left(t_r\right))\\ -\frac{2}{C}(X_B\left(t_r\right)\·V_B\left(t_r\right)-X_A\left(t_r\right)\·V_A\left(t_r\right))-({\mathrm{\δ}}_A^T+{\mathrm{\δ}}_B^R)+({\mathrm{\δ}}_B^T+{\mathrm{\δ}}_A^R)]+\mathrm{\ϵ}\end{array};$步骤6：星间设备系统差标定由星地双向链路得到的A、B星间钟差与由星间双向链路得到的A、B星间钟差互差，可最终得到星间设备系统差。