基於毫秒脈衝星計時的導航衛星系統時間基準的研究

《基於毫秒脈衝星計時的導航衛星系統時間基準的研究》是依託武漢大學，由聶桂根擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於毫秒脈衝星計時的導航衛星系統時間基準的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：聶桂根
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

時間基準的建立，是空間通信、導航定位等空間科學技術的一個重要組成部分，在天文和空間科學中，時間是精確描述天體和太空飛行器運行位置及其相互關係的重要參數。全球導航衛星系統的時間基準為天文、大地測量和導航等各種理論研究和實際套用提供了準確的時間和頻率，同樣為國際、國內的時間同步提供了時間比對的方法。脈衝星具有極其穩定的周期性，脈衝星鐘比原子鐘具有更高的長期穩定度，被譽為自然界最穩定的天文時鐘。衛星導航系統的時間基準通常是通過少量的地面站和星載的原子鐘共同維持的，而不同系統的地面站和星載原子鐘的不同、鐘群的組合算法的不同，使得各個衛星導航定位系統之間的時間基準不同，其精度也受到影響，並與國際原子時存在較大差異，不利於全球的套用。利用全球高精度時間實驗室的高精度頻標作為擬穩的時間基準以及與毫秒脈衝星計時相連線綜合，建立高精度、各衛星導航定位系統統一的時間基準，使系統的時間基準統一，並具有更好長期穩定度

結題摘要

研究了頻標的頻率穩定度估計中常用的時域和頻域統計量和它們之間的關係。利用T. Walter所給出的嚴密公式和主成份分析方法，提出了一種自適應的噪聲強度參數估計方法。這種估計方法並不能給出所有功率譜噪聲強度參數的準確估計：對於那些幾乎不可觀測的噪聲，即該種噪聲在所有可用的數據長度上都不表現出明顯的作用，該估計對這些噪聲強度參數不予估計，以保證算法整體的穩健性。利用了仿真數據和GPS PRN.7星載銣鐘8.2年的鐘差對該方法進行了檢驗。 研究了星載原子鐘的在軌特性，計算了GPS PRN.7星載原子鐘8.2年鐘差數據的動態總方差，對動態總方差中所包含的周期項進行了分析。分別給出了利用阿倫方差和多視窗譜估計計算頻標確定性線性頻漂的方法，並提取了GPS PRN.7星載原子鐘8.2年的確定性線性頻漂和噪聲強度參數時間序列。結果表明星載原子鐘計時受到多種周期性因素的影響，其頻率穩定性呈現出周期性波動，並指出周期項的來源包括GPS衛星的周期性繞地運動所引起的外部環境周期性變化、衛星軌道誤差和傳播路徑誤差。研究了毫秒脈衝星的基本物理特徵以及時間頻率特徵，並分析了毫秒脈衝星計時受到的誤差影響並提出了相應的補償方案。研究了毫秒脈衝星計時殘差之間的相關性，採用提高擬合項階數和傅立葉函式法，對殘差序列進行白化比較分析，結果表明傅立葉函式法不僅能夠有效的消除紅噪聲，還可以剔除相關噪聲（例如原子時噪聲）。研究了毫秒脈衝星ＰＳＲ　Ｊ１９３９＋２１３４共７．５年的雙頻計時殘差序列的特徵，通過分析不同行星星曆對脈衝星計時精度的影響，建議使用ＤＥ４２１；採用σｚ（τ）方法估計了脈衝星時與原子時的穩定度，發現脈衝星時的穩定度一直處於上升趨勢，６年的穩定度高於１０的負１５次方。脈衝星時作為守時和授時的時間標準具有優勢。 精化了綜合脈衝星時的概念，提出了綜合毫秒脈衝星時的概念。利用傅立葉函式作為綜合毫秒脈衝星時的鐘模型，對經過加權平均的殘差序列進行處理，建立了穩定度高於任何一顆毫秒脈衝星所建立的毫秒脈衝星時穩定度，其長期穩定度具有高於原子時穩定度的趨勢。採用所建立的綜合毫秒脈衝星時長期穩定度較高的特性，改善TA（NTSC）的長期穩定度，並取得了良好效果。