伪距测量的概念、定义与精度评估方法

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1、万方数据第30卷第6期2009年11月宇航学报JournalofAstronauticsV01．30No．6November20()9伪距测量的概念、定义与精度评估方法韩春好1一，刘利1”，赵金贤1(1．北京5136信箱，北京100094；2．中科院上海天文台，上海200030)摘要：伪距是卫星导航系统的基本观测量，伪距的测量精度直接决定了系统的导航定位精度。从伪距测量的基本概念人手，给出了伪距、钟差、真距(传播时I'日J)、设备时延、观测时刻等基本物理鼍的定义及其相互间的关系，探讨r设备时延测定与伪距测量精度评估的方法与技术状态设置等问题，并给出了几点结

2、论与建议。关键词：卫星导航；测量；伪距；钟差；设备时延中图分类号：324．2+4文献标识码：A文章编号：1000-1328(2009)06-2421，05DOI：10．3873／j．issn．1000-1328．2009．06．0600引言1概念与定义卫星导航系统工作的基本原理是用户同时接收不少于4颗卫星的导航信号，从而测得4个以上伪距观测量，在卫星坐标、卫星钟差和卫星不同频点间相对设备时延偏差已知的情况下，计算自己的三维坐标和钟差[1’2]。因此，伪距是卫星导航系统最基本的观测量，伪距的观测精度直接决定了系统的导航定位精度。高精度伪距测量技术是卫星导航系

3、统的关键技术之一。高精度伪距测量技术的发展首先需要解决伪距测量不确定度和设备时延的稳定性评估问题。由于伪距的测量精度不但取决于伪距接收机，而且与信号源有关，而信号发射设备与信号接收设备固有的设备时延又很难从伪距观测量中精确剥离，因此，伪距测量设备的时延稳定性和伪距测量不确定度评估是一个值得深人探讨的技术问题。伪距测量涉及钟差、真距、设备时延、观测时刻等多个物理量，要实现伪距测量不确定度和设备时延稳定性的精确评估，必须理清他们的基本概念和定义，这在高动态条件下显得尤为晕要。为此，本文从基本概念人手，在给出定义并明确物理含义的基础上，讨论其相互间的数学关系，进

4、而探讨设备时延的测定与伪距精度评估问题。为了讨论方便，本文以真空中的光速值作为空间距离单位，即取光速c=1。在该情况下，空间与时间等价。收稿日期：2008-04-03；修回I：1期：2009-04-231．1钟差与时间的空间参考点钟差是指同一时刻两台钟的钟面时之差。一台原子钟与系统时间的钟差可定义为【3J△兀(t)；正(t)一t(1)两台钟相互间的钟差定义为两台钟在同一时刻的钟面时之差[3】，即△％(t)；％(t)一乃(t)(2)在现代高技术应用中，时间测量的精度要求已达到纳秒甚至皮秒量级。精确的时间信号通常用脉冲信号表示，如lpps、10pps、100p

5、ps分别表示1秒钟1个脉冲信号、10个脉冲信号和100个脉冲信号等。众所周知，信号传播是需要花费时间的，因此所谓的“钟面时”必须指定其时间的空间参考点，也就是说由一台钟给出的时刻必须指明是相对于设备上哪一个空间参考点的，如原子钟的1pps端I：1或Ipps输出的50米电缆端口等等。1．2信号窄间传播时延(真距)在无线电测量中，信号通过发射天线发射，经空间传播后由接收天线接收。所谓的信号空间传播时延是指信号在空间传播过程中所花费的时间。其定义为信号由发射天线相位中心到接收天线相位中心所经历的传播时间HJ，即f^8三z二一幻e(3)万方数据2422宁航学报第3

6、0卷其中：￡；为信号到达接收天线相位中心B的时刻，tj为信号离开发射天线相位LfI心A的时刻。由于传播几寸延是客观物理量，’j具体的观测者无关，因此这里的t指的是理想时标。信号窄问传播时延反映r信号所走过的真实“路程”，可将其简单地称为“真距”。1．3设备发射时延没备发射时延定义为信号离开发射天线相位中心时刻的本地钟面时与发射信号的表征时间值(如伪噪声码码片的对应时刻)之差。对于A站发射，设备发射时延可以表示为：riz乃(￡j)一巧(zj)(4)其中：巧(fj)为￡；时刻A站发射大线相位中心发射信号(如伪噪声码)所携带的表征时间；死(t；)为f。e时刻A站

7、的本地钟面时。由以上定义看出，这里的“没备发射时延”并不一定是码发生器到发射天线相位中心的信号传播时问。它取决于本地时间参考点的选择。如果将发射站的时间参考点定义在码发生器输出端口，那么r；是码发生器到发射天线相位中心的信号传播时间。实际上，选择设备内部的某一点作为时间参考点是很不方便的。由于码发生器输出端口在设备内部，一般不具备可测试性，因此将它定义为时间参考点，尽管能使“发射时延”具有较明确的物理含义，但从可测试性上讲并非一个好的选择。原则上讲，时间参考点是可以任意选定的。如果定义发射设备的本地时间参考点为lpps的输出端u，那么设备就可以具有很好的测

8、试性。因此在广义七r；可以是“正值”，也可以是“负值”，并不一定是