GPS/BDS-3系统时差稳定性分析

刘明玥; 涂锐; 洪菊; 苗亚格; 李芳馨

doi:10.12265/j.gnss.2022055

GPS/BDS-3系统时差稳定性分析

doi: 10.12265/j.gnss.2022055

刘明玥^{1, 2,},
涂锐^{1, 2, 3, ,},
洪菊^{1, 2,},
苗亚格^{1, 2,},
李芳馨^{1, 2,}

1.
中国科学院国家授时中心, 西安 710600
2.
中国科学院大学, 北京 100049
3.
中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室, 西安 710600

基金项目: 国家自然科学基金项目(41674034，41974032)

详细信息

作者简介:
刘明玥：(1995—)，女，硕士，研究方向为卫星导航定位方法与技术

涂锐：(1985—)，男，博士，研究员，研究方向为GNSS精密定位、测速、时间传递、灾害监测等

洪菊：(1994—)，女，博士，研究方向GNSS精密单点定位增强技术

通信作者:
涂锐 E-mail：turui-2004@126.com

中图分类号: P228.4
计量
- 文章访问数: 727
- HTML全文浏览量: 112
- PDF下载量: 47
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2022-04-06
- 录用日期: 2022-07-05
- 网络出版日期: 2022-07-28

Stability analysis of GPS / BDS-3 system time offset

LIU Mingyue^{1, 2
,},
TU Rui^{1, 2, 3
, ,},
HONG Ju^{1, 2
,},
MIAO Yage^{1, 2
,},
LI Fangxin^{1, 2
,}

1.
National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China
2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3.
Key Laboratory of Precision Navigation and Timing Technology, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China

摘要

摘要: 不同卫星导航系统之间时差的稳定性分析对时差的建模预报及应用具有重要价值，因此基于由国际GNSS服务(IGS)中心提供的数据和产品从不同测站、不同观测量、不同时间长度三个方面对GPS和北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)的系统时差进行稳定性分析. 结果表明：不同测站因接收机、天线、时钟三种设备型号不同，提取的时差值存在差异，但稳定性相当；基于载波相位观测量解算的时差结果稳定性优于伪距观测量解算的时差结果，伪距得到的时差结果万秒频率稳定度在10⁻¹²~10⁻¹³量级，相位得到的时差结果万秒频率稳定度在10⁻¹⁴量级；通过单天与多天数据的时差解算结果比较，得到不同时长的时差稳定性一致.
- GPS /
- 北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3) /
- 时差监测 /
- 单站空间信号法 /
- 稳定性
Abstract: The stability analysis of time offset between different satellite navigation systems is of great value in modeling prediction and application of time offset. Therefore, based on the data and products provided by the International GNSS Service Center (IGS), the stability analysis of system time offset between the GPS and BeiDou-3 Navigation Satellite System (BDS-3) from three aspects: different stations, different observations, and different time lengths. The results show: due to the different models of receivers, antennas and clocks, the time offset values extracted from different stations are different, but the stability is similar; The stability of the time offset result calculated based on the carrier phase observation is better than that of the pseudo range observation, the time offset result obtained by pseudo range has a frequency stability of the order of 10⁻¹² to 10⁻¹³ in 10 000 seconds, and the time difference obtained by phase has a frequency stability of 10⁻¹⁴ seconds. By comparing the time offset calculation results of single-day and multi-day data, it is obtained that the time difference stability of different durations is consistent.
- Global Positioning System (GPS) /
- BeiDou-3 Navigation Satellite System (BDS-3) /
- time offset monitoring /
- single station space signal method /
- stability

HTML全文

图 1 单站空间信号法原理图

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 基于伪距法解算的第183天时差结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 基于相位法解算的第183天时差结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 基于伪距法解算的30天时差结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 基于相位法解算的30天时差结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 伪距法第183天修正阿伦方差结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 相位法第183天修正阿伦方差结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 伪距法相邻两天的时差一阶差分结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 9 相位法相邻两天的时差一阶差分结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 10 归算后相位法相邻两天的时差一阶差分结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 11 伪距法单天相邻历元时差一阶差分结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 12 相位法单天相邻历元时差一阶差分结果

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 测站信息表

参数	测站名	接收机型号	时钟类型	天线型号
型号相同	METG	SEPT POLARX5	INTERNAL	TRM59800.00
	NKLG	SEPT POLARX5	INTERNAL	TRM59800.00
	PTGG	SEPT POLARX5	INTERNAL	TRM59800.00
	SEYG	SEPT POLARX5	INTERNAL	TRM59800.00
接收机不同	NKLG	SEPT POLARX5	INTERNAL	TRM59800.00
	PTGG	SEPT POLARX5	INTERNAL	TRM59800.00
	ASCG	TRIMBLE ALLOY	INTERNAL	TRM59800.00
	CHPG	TRIMBLE ALLOY	INTERNAL	TRM59800.00
天线不同	ARUC	SEPT POLARX5	INTERNAL	ASH701945C_M
	FAIR	SEPT POLARX5	INTERNAL	ASH701945G_M
	DGAR	SEPT POLARX5	INTERNAL	ASH701945E_M
	MDO1	SEPT POLARX5	INTERNAL	JAVRINGANT_DM
	PTGG	SEPT POLARX5	INTERNAL	TRM59800.00
时钟不同	GAMG	SEPT POLARX5TR	INTERNAL	LEIAR25.R4
	MGUE	SEPT POLARX5TR	EXTERNAL H-MASER	LEIAR25.R4
	YEL2	SEPT POLARX5TR	EXTERNAL VCH-1008 MASER	LEIAR25.R4

下载: 导出CSV

表 2 各测站各天时差结果标准差统计

测站	ARUC		ASCG		CHPG		DGAR		FAIR		GAMG		MDO1		METG		MGUE		NKLG		PTGG		SEYG		YEL2
解算方法	PPP	SPP	PPP	SPP	PPP	SPP	PPP	SPP	PPP	SPP	PPP	SPP	PPP	SPP	PPP	SPP	PPP	SPP	PPP	SPP	PPP	SPP	PPP	SPP	PPP	SPP
1	0.30	4.45	0.31	4.22	0.38	5.84	0.27	2.47	0.31	6.11	0.50	4.27	0.31	5.06	0.35	3.49	0.50	5.71	0.18	4.82	0.39	3.98	0.21	3.34	0.21	4.29
2	0.40	3.98	0.24	5.53	0.22	4.21	0.14	3.11	0.39	5.29	0.31	3.15	0.52	5.06	0.35	3.77	0.23	4.19	0.42	4.10	0.31	3.31	0.25	3.39	0.68	4.58
3	0.46	5.43	0.48	5.25	0.35	6.41	0.13	2.90	0.51	5.17	0.24	3.92	0.59	5.56	0.37	4.90	0.32	4.70	0.34	5.34	0.16	3.44	0.59	3.41	0.49	5.24
4	0.52	5.65	0.48	5.91	0.51	5.78	0.19	3.10	1.63	6.48	0.23	3.33	0.56	5.57	0.52	5.65	0.45	5.66	0.25	4.90	0.18	3.68	0.19	3.66	0.62	5.57
5	0.38	4.96	0.45	5.23	0.36	4.42	0.15	3.43	0.54	6.62	0.37	3.17	0.33	6.57	0.40	5.12	0.45	5.98	0.26	4.67	0.21	3.25	0.19	3.69	1.20	4.73
6	0.44	5.27	0.32	6.00	0.27	6.98	0.19	3.62	0.36	5.81	0.46	3.74	0.18	5.89	0.39	4.51	0.41	5.21	0.18	4.80	0.31	3.52	0.13	3.75	0.85	4.45
7	0.31	4.68	0.32	4.10	0.38	5.89	0.26	2.43	0.28	5.77	0.48	4.22	0.34	5.19	0.35	4.20	0.38	5.86	0.17	4.69	0.36	3.82	0.23	3.36	0.35	4.28
8	0.42	3.93	0.19	5.47	0.24	4.26	0.25	3.12	0.37	5.42	0.36	3.07	0.46	4.79	0.33	3.68	0.23	4.16	0.34	3.98	0.27	3.13	0.18	3.40	0.40	4.47
9	0.51	5.35	0.42	5.22	0.49	6.30	0.12	2.94	0.52	5.29	0.25	3.95	0.55	6.02	0.40	4.99	0.36	4.63	0.38	5.27	0.48	3.46	0.19	3.34	1.30	5.34
10	0.40	5.63	0.50	5.90	0.47	5.67	0.19	3.06	0.56	6.34	0.26	3.30	0.54	5.37	0.54	5.63	0.44	5.63	0.31	4.83	0.16	3.45	0.21	3.71	0.51	5.67
11	0.45	4.79	0.26	5.20	0.39	4.29	0.16	3.08	0.51	6.45	0.42	3.35	0.35	6.49	0.47	4.96	0.53	6.14	0.27	4.54	0.21	3.26	0.22	3.71	0.44	4.69
12	0.35	5.16	0.24	5.98	0.28	7.12	0.16	3.57	0.41	5.99	0.44	3.77	0.12	5.92	0.45	4.58	0.35	5.14	0.19	4.85	0.25	3.38	0.17	3.59	1.29	4.45
13	0.35	4.48	0.32	4.46	0.29	5.91	0.39	2.36	0.33	5.78	0.63	4.87	0.29	5.31	0.36	4.22	0.29	5.72	0.18	4.60	0.51	4.32	0.33	3.89	0.18	4.27
14	0.36	3.89	0.20	5.49	0.26	4.47	2.79	3.35	0.40	5.37	0.36	3.21	0.48	4.91	0.35	3.64	0.23	4.06	0.32	4.27	0.31	3.14	0.17	3.70	0.42	4.51
15	0.55	5.62	0.44	5.20	0.48	6.47	0.14	4.03	0.50	5.33	0.24	4.59	0.53	5.67	0.40	5.32	0.37	4.62	0.35	5.97	0.20	3.83	0.15	4.13	0.58	5.30
16	0.54	5.37	0.43	6.09	0.50	5.64	0.30	3.19	0.54	6.28	0.32	3.35	0.53	5.46	0.43	5.41	0.48	5.67	0.25	4.91	0.15	3.45	0.26	3.98	0.92	5.41
17	0.57	4.71	0.34	5.07	0.37	4.25	0.40	3.18	0.58	6.53	0.72	3.45	0.38	6.53	0.47	4.84	0.48	6.27	0.36	4.42	0.75	3.07	0.47	3.73	0.33	4.76
18	0.31	5.21	0.25	6.11	0.25	7.24	0.20	3.63	1.61	6.04	0.46	3.76	0.11	6.60	0.43	4.66	0.41	4.90	0.23	4.85	0.29	3.41	0.16	3.61	0.47	4.42
19	0.26	4.33	0.31	4.62	0.19	6.13	0.25	2.28	0.33	5.80	0.50	4.26	0.30	5.51	0.38	4.60	0.25	5.71	0.19	4.42	0.37	4.14	0.23	3.48	0.85	4.14
20	0.35	3.81	0.23	5.65	0.27	4.41	1.66	3.18	0.43	5.53	0.37	3.19	0.53	4.90	0.40	3.70	0.24	3.94	0.33	4.12	0.28	3.12	0.19	3.56	0.49	4.83
21	0.46	5.38	0.44	5.10	0.37	6.50	1.26	2.86	0.49	5.49	0.27	4.06	0.56	5.48	0.42	4.95	0.36	4.70	0.34	5.33	0.17	3.46	0.10	3.38	0.48	5.02
22	0.44	4.61	0.30	4.76	0.44	4.30	0.20	3.18	0.52	6.54	0.32	3.47	0.38	7.38	0.40	4.78	0.56	6.36	0.31	4.31	0.20	3.15	0.61	3.75	1.37	4.61
23	0.80	5.17	0.24	6.02	0.24	7.17	0.32	3.68	0.57	5.79	0.69	3.78	0.15	6.61	0.77	4.66	0.39	4.84	0.27	4.94	0.68	4.14	0.35	3.80	0.29	4.50
24	0.68	71.90	0.34	21 119.66	0.38	11.07	1.11	13.17	0.45	18.89	1.51	90 064.09	0.34	33.23	0.69	10.95	0.48	11 176.48	0.27	9.20	3.27	41.64	0.52	9.77	0.46	8.75
25	0.44	3.79	0.24	5.71	0.51	4.41	0.15	3.19	0.40	5.82	0.41	3.23	0.52	5.14	0.38	3.91	0.25	3.94	0.34	4.35	0.59	3.16	0.16	3.53	0.39	5.18
26	0.53	5.80	0.44	5.09	0.34	6.55	0.16	3.12	0.46	5.37	0.28	4.36	0.59	5.80	0.43	5.08	0.37	4.65	0.33	5.33	0.18	3.72	0.16	3.92	0.46	4.80
27	0.56	5.63	0.47	6.28	0.57	5.61	0.21	3.16	0.57	5.93	0.25	3.67	0.55	5.52	0.46	5.61	0.50	5.53	0.27	4.91	0.07	3.93	0.22	4.20	1.18	5.89
28	0.52	5.56	0.27	4.62	0.43	4.32	0.22	3.38	0.62	6.49	0.38	3.49	0.45	6.32	0.48	5.08	0.59	6.34	0.28	4.17	0.24	2.71	0.26	4.19	0.42	4.64
29	0.50	5.50	0.26	5.87	0.71	7.17	0.20	3.60	0.48	5.78	0.47	3.79	0.15	6.05	0.54	4.64	0.41	4.86	0.29	4.91	0.49	3.62	0.20	3.81	0.22	4.38
30	0.61	5.62	0.43	6.02	0.52	5.67	0.18	4.23	0.50	5.92	0.27	3.67	0.52	5.47	0.45	5.97	0.52	5.52	0.29	5.50	0.10	3.50	0.22	5.19	2.26	5.73

下载: 导出CSV

表 3 各测站30天时差结果标准差统计

测站	ARUC	ASCG	CHPG	DGAR	FAIR	GAMG	MDO1	METG	MGUE	NKLG	PTGG	SEYG	YEL2
30天相位法标准差	4.778	4.748	4.611	4.673	4.800	4.694	5.111	4.324	4.649	4.688	4.610	4.752	4.755
归算后30天相位法标准差	0.478	0.554	0.586	0.704	0.628	0.490	0.440	0.453	0.412	0.299	0.689	0.284	0.809
30天伪距法标准差	14.098	3856.034	6.145	4.485	6.898	16440.680	8.516	5.256	2040.568	5.199	8.461	4.680	5.284

下载: 导出CSV

参考文献(19)

[1]	袁海波, 张继海, 广伟. 不同GNSS时差监测方法研究[C]//第九届中国卫星导航学术年会, 2018.
[2]	朱琳, 张慧君, 李孝辉, 等. 全球卫星导航系统时差监测与修正方法研究[C]//第四届中国卫星导航学术年会, 2013.
[3]	尹海博, 迅郭杭, 罗孝文. BDS/GNSS融合精密单点定位性能分析[J]. 全球定位系统, 2021, 46(3): 66-71. DOI: 10.12265/j.gnss.2020121501
[4]	陈俊平, 吴斌, 胡小工, 等. GPS/GLONSS时差监测及其在多模定位中的应用[C]//第三届中国卫星导航学术年会, 2012.
[5]	于碧云. Galileo系统时差监测方法研究与实现[D]. 西安: 中国科学大学, 2016.
[6]	章洁君, 陈俊平, 张益泽. GNSS空间信号法时差监测方法与结果分析[J]. 测绘通报, 2017(1): 26-29,92. DOI: 10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0006
[7]	PÍRIZ R, GARCÍA Á M, TOBÍAS G, et al. GNSS interoperability: offset between reference time scales and timing biases[J]. Metrologia, 2008, 45(6): S87. DOI: 10.1088/0026-1394/45/6/s14
[8]	MOUDRAK A, KONOVALTSEV A, FURTHNER J, et al. Timing aspects of GPS Galileo interoperability: challenges and solutions[C]// The 36th Annual Precise Time and Time Interval (PTTI) Systems and Applications Meeting, 2004: 279-292. DOI: 10.1008/0026-1394/45/6/s14
[9]	张慧君, 李孝辉. GNSS系统时差监测与预报研究进展[C]//2013中国天文学会学术年会, 2013.
[10]	广伟. GNSS时间互操作关键技术研究[D]. 西安: 中国科学院大学(中国科学院国家授时中心), 2019.
[11]	HAHN J H , POWERS E D . Implementation of the GPS to Galileo Time Offset (GGTO)[C]// Proceeding of the 2005 International Frequency Control Symposium and Exposition, 2005. DOI: 10.1109/FREQ.2005.1573899
[12]	HEO Y J, CHO J, HEO M B. Improving prediction accuracy of GPS satellite clocks with periodic variation behaviour[J]. Measurement science and technology, 2010, 21(7): 073001. DOI: 10.1088/0957-0233/21/7/073001
[13]	HUANG G W, ZHANG Q, XU G C. Real-time clock offset prediction with an improved model[J]. GPS solutions, 2014, 18(1): 95-104. DOI: 10.1007/s10291-013-0313-0
[14]	李红涛. 基于GPS和GLONASS的单站授时和时差监测研究[D]. 西安: 长安大学, 2012.
[15]	孙广, 陆华, 沈利荣, 等. 基于不同GNSS系统的单站时差监测评估[C]//新型导航技术及应用研讨会, 2015.
[16]	孔思嘉, 谢维华. 基于GLONASS频间偏差的GNSS时差监测方法研究[J]. 全球定位系统, 2020, 45(4): 21-28. DOI: 10.13442/j.gnss.1008-9268.2020.04.004
[17]	HUANG G W, ZHANG Q, FU W J, et al. GPS/GLONASS time offset monitoring based on combined precise point positioning (PPP) approach[J]. Advances in space research, 2015, 55(12): 2950-2960. DOI: 10.1016/j.asr.2015.03.003
[18]	杨松. 多模多频GNSS环境下精密单点定位技术研究[D]. 贵阳: 贵州大学, 2017.
[19]	洪菊, 涂锐, 王星星, 等. 系统偏差常数弧段估计策略对多系统静态精密单点定位的影响[J]. 大地测量与地球动力学, 2019, 39(9): 947-951. DOI: 10.14075/j.jgg.2019.09.014