测量时刻偏差对单星定轨误差的影响分析

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1、70中国空间科学技术ChineseSpaceScienceandTechnology2011年8月第4期测量时刻偏差对单星定轨误差的影响分析刘文祥牟卫华王飞雪(国防科学技术大学数学与工程学院卫星导航研发中心，长沙410073)摘要为评估测量时刻偏差对单星定轨等效测量误差的影响，根据单星定轨处理策略分析了其理论模型，指出测站接收机的测量时刻偏差由测站时钟钟差以及测量时刻不准确度等组成。试验数据分析表明，测站钟差经一阶多项式拟合后的残差可近似为零均值的测量噪声；数值仿真结果表明，卫星信号发射时刻Ires误差导致GE0、IGSO、ME0三种卫星的等效测距误差

2、分别为0．06cm、40cm、80cm。关键词测量时刻偏差等效测距误差伪距轨道测定导航卫星DoI：10．S780／j．issn．1000—758X．2011．04．0101引言导航卫星定轨是卫星导航系统维持空间基准的必要手段，卫星定轨精度将直接影响系统所提供导航服务的性能。卫星定轨所需观测数据来源于各地面监测站接收机的伪距等观测量，伪距观测量包含卫星和测站的钟差。常用的GPS卫星定轨中是将不同卫星和测站间的伪距组成星问、站间单差或双差，以将伪距中的卫星和测站钟差分离Ll】。鉴于我国卫星导航系统地面测站主要分布于国土区域内，组差方法会降低几何性能，此外，

3、系统布设初期也必须进行单星定轨。因此，基于非差观测数据的单星定轨是我国卫星导航系统的重要定轨方法。各测站向主控站上报观测伪距数据及其对应的测量时刻，测量时刻不准确度以及测站时钟钟差等因素会导致上报的测量时刻与伪距真实测量时刻的系统时刻存在偏差(简称为测量时刻偏差)，这将导致卫星导航系统的定轨与时间同步等产生误差，文献Ezq分析了测量时刻偏差对时间同步精度的影响。本文探讨了测量时刻偏差定义及其组成，分析了测量时刻不准确度以及测站时钟钟差影响单星定轨的机理。并给出试验和仿真数据分析结果，最后得出等效测距误差的分析结论。2测量时刻偏差组成导航卫星定轨所需的观

4、测数据来源于各监测站接收机的伪距数据，监测站接收机k对卫星S在历元i的观测伪距是将监测站接收机在历元i的监测站本地钟面时刻减去对应的卫星发射时刻(卫星钟面时)得到，见图1。R(i)／c=tk(i)--t。(i)(1)式中n(i)为监测站接收机k对卫星s在历元i的观测伪距；c为光速；tk(i)为历元i对应真实测量时刻的监测站本地钟面时；f‘(i)为历元i对应卫星信号发射时刻的卫星钟面时。收稿n明：2010—11—29．收修改稿日期：2010-12-272011年8月中国空间科学技术71卫星系统时伪距对应时间图1伪距测量时刻偏差组成Fig．1Pseudor

5、angemeasuringtimeerror’selements由于测站时钟和卫星时钟相对系统时钟都存在偏差，分别称为测站钟差和卫星钟差，测站钟面时、卫星钟面时与其对应的系统时的关系为tk(i)=tk。。(i)+Atk(i)(2)t。(i)=岛。(i)+At‘(i)(3)式中tk。(；)为历元i对应监测站接收机k真实测量时刻的系统时；f．y。(i)为历元i对应卫星信号发射时刻的系统时；Atk(i)为历元i的测站钟差；At5(i)为历元i的卫星钟差。观测伪距对应的测量方程为P．．(i)=Rk(i)+ci-Atk(i)一&。(i)]+c[Atton(f)+

6、At。(i)]+￡(i)(4)式中Ati。。(i)、At。。(i)分别为电离层和对流层延迟；e(i)为伪距测量噪声IRk(i)为历元i对应的卫星与监测站接收机间的星地几何距离。Rk(i)一IX’(tl，。(j))一X^l(5)式中X。(f：，(f))为卫星在tk．

7、，(i)时的三维位置矢量；Xk为监测站接收机的位置矢量。各监测站在记录观测伪距时。也须将观测伪距对应的本地测最时刻同时记下来，上报给主控站。监测站接收机在本地1脉冲／秒信号的触发下采集伪距时，由于接收机本身的频标、硬件延时等因素，从本地1脉冲／秒信号脉冲触发到伪距采集脉冲之间会存在误差。也就

8、是说记录观测伪距的测量时刻与采集观测伪距的真实测量时刻存在误差，这称为测量时刻不准确度：t’k(i)=tk(i)+ATk(i)(6)式中t7k(i)为监测站上报的历元i测量时刻；A凡(i)为监测站接收机测量时刻不准确度。可以看出，测量时刻不准确度本身不影响伪距测量精度，只是影响伪距对应测量时刻的准确性。因此，各监测站在历元i上报的测鼍时刻与观测伪距对应真实测量时刻的系统时之间存在偏差，由测站钟差和测量时刻不准确度两部分组成：tIk(i)=z：。(i)+Atk(i)+ATk(f)(7)测量时刻偏差的影响以下结合单星定轨策略，分析测量时刻偏差的两部分影响单

9、星定轨误差的机理。3．1测站钟差处理及其残差由式(4)可知，测站钟差与卫星钟差都直接影响伪距测