导航星座自主导航的守时算法研究

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1、2012年10月第32卷第5期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementOct．，2012V01．32．No．5文章编号：1000—7202(2012)05—0022—05中图分类号：P127．1+2导航星座自主导航的守时算法研究易航1’2仲崇霞1’2(1．北京无线电计量测试研究所，北京100039；2．计量与校准技术国防科技重点实验室，北京100039)文献标识码：A摘要导航星座自主导航是提高卫星导航系统生存能力的一个重要方面，而实现导航星座自主导航的前提在于自主守时

2、，星上综合原子时的计算则是自主守时的关键技术之一。本文分别研究了星上综合原子时计算的传统加权平均算法与卡尔曼滤波算法，并分别做了仿真实验，结果表明，通过合理设置，两种方法均可保持60d内自主守时25ns。关键词导航星座时间尺度自主守时加权平均卡尔曼滤波ResearchonTimeKeepingAlgorithmoftheAutonomousNavigatingofNavigationConstellationYIHan91”ZHONGChong．xial，2(1．BeijingInstituteofRadioMetmlogy

3、andMeasurement，Beijing100039；2．ScienceandTechnologyonMetrologyandCalibrationLaboratory，Beijing100039)AbstractAutonomoustime—keepingisoneofthekeytechniquesfortheautonomousnavigationofnavigationconstellationwhichplaysanimportantroleinimprovingtheviabilityofthenavigat

4、ionconstel-lation，whilethealgorithmofjointedatomictimescaleonboardisthekeyofautonomoustime—keeping．Inthispaper，boththetwoalgorithmsbasedonweightedaverageandEKFareusedinthecalculationofjointedatomictimescaleonboard．Thesimulationresultsprovethatboththetwoalgorithmsca

5、nkeeptheclockerrorwithin25nsinaperiodof240days．KeywordsNavigationconstellationTimescaleAutonomoustime—keepingWeightedaverageEK1引言自主定轨与自主守时是导航星座自主导航的两个重要方面，对于导航星座自主定轨来说，其采用的基本观测量是星间距离，而距离实际上是通过测量两颗卫星之间信号传播时间得到的，没有高精度的时间基准作基础，根本就不可能实现高精度的自主定轨，因此，导航星座自主守时就成了导航星座自主导航的基

6、础。由于单个原子钟计算导出的原子时稳定度和可靠性都不够理想，目前原子时时间尺度的建立通常是采用多个原子钟通过比对测量，得到一个组合钟的时间尺度。对于导航星座自主守时来说，星座中各卫星时刻处于高速运动中，所处环境复杂，单个星载钟难以保证导航星座系统时间输出的稳定性与可靠性，必须采用各导航星星载钟组成星载原子钟组，并通过星间链路完成各星载钟之间时间比对，采用合适的时间尺度算法，实现导航星座自主守时。第5期导航星座自主导航的守时算法研究·23·目前，原子时时间尺度算法通常两类，一种是加权平均算法，另一种为卡尔曼滤波算法。加权平均算

7、法通常是采用一定时期的历史数据，预测出当前计算时刻各钟钟差值，并以各钟与参考钟比对数据作为中间可替代的变量，通过每台钟得到一个参考钟与组合钟的钟差估算值，最后经加权平均得到最终的参考钟与组合钟之间钟差，依据该差值来调整微跃计，获得一个加权平均后的时间尺度。卡尔曼滤波算法则完全放弃了权重概念，而是从估值理论的观点出发，对参考钟和理想时间之差做统计意义上的最优估计，首先对各原子钟建立一个由状态方程描述的噪声模型，将2种或3种主要噪声过程分别在相位、频率和频率漂移率3个层次上区分开来，钟与钟之间的噪声关系则通过每项噪声系数的大小反

8、映出来；量测更新则采用各钟之间比对数据对各原子钟状态量进行修正，获得各原子钟状态量最优估计值，从而获得基于Kalman滤波算法原子时时间尺度。本文分别采用两种算法计算导航星座星上综合原子时，并对两种算法进行了比较。2导航星座自主守时基本原理导航星座自主守时基本原理如图1所示，在导航星座自主