一种基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法

本发明属于时间传递领域，具体涉及一种基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法。

背景技术：

1、大型低轨星座的兴起为全球高精度导航定位授时服务带来了更多的益处。与中高轨卫星相比，低轨卫星(leo卫星)轨道高度较低，几何构型变化较快，对地信号较强，可以大幅缩短精密单点定位(precise point positioning，ppp)收敛时间，也能为丛林峡谷、城市高架等观测受限的区域提供更多的观测值。低轨星载钟作为星上时间基准，为低轨星座提供稳定的频率源，是低轨星座的关键部分，星载钟异常会直接影响测距精度以及导航定位授时精度。星载钟时间序列一般是通过轨道确定时间同步法获得的，通过时间序列计算频率准确度、频率漂移率和频率稳定度，实时监测星载钟性能，对于低轨星座起着至关重要的作用。然而轨道确定时间同步法引入的系统噪声会污染星载钟性能。研究低轨星载钟噪声确定方法，对于低轨星载钟性能评估有着非常重要的作用。

2、现有技术通常利用地面高精度频率源评估低轨星载钟噪声。但低轨卫星相对地面站的可见时间段较短，一天入境时间只有5、6分钟，需要积累较长时间段的数据才能进行低轨星载钟噪声评估，时效性较差。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、针对和空间站同时可视的三颗低轨卫星中的每一颗低轨卫星，利用当前时刻获取到的该颗低轨卫星到所述空间站的载波相位观测值，计算该颗低轨卫星的双频相位消电离层组合观测量；基于所述双频相位消电离层组合观测量得到该颗低轨卫星在所述当前时刻的消电离层组合残差；

3、得到该颗低轨卫星在多个时刻的消电离层组合残差后，基于线性拟合处理，得到各时刻下消电离层组合残差和线性模型趋势项的残差值；对得到的残差值进行历元间差分，得到该颗低轨卫星对应的残差值历元间差分后结果；

4、在得到三颗低轨卫星分别对应的残差值历元间差分后结果之后，将每两颗低轨卫星对应的残差值历元间差分后结果，通过对应时刻互差的方式消除共有的空间站钟差，从而得到三组星间噪声时间序列；

5、基于各组星间噪声时间序列，利用哈德玛方差计算得到对应的星间噪声稳定度；对得到的三组星间噪声稳定度采用三角帽法进行处理，得到每颗低轨卫星的星载钟噪声的稳定度。

6、本发明的有益效果：

7、本发明实施例所提供的方案中，利用空间站高性能原子钟提供的高精度的时间频率信号作为时间基准，确定低轨星载钟噪声，从而得到更为真实的低轨卫星的钟差序列，本发明研究低轨星载钟噪声确定方法，对于评估低轨星载钟性能有着非常重要的作用。

技术特征：

1.一种基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法，其特征在于，针对和空间站同时可视的三颗低轨卫星中的每一颗低轨卫星，当前时刻获取到的该颗低轨卫星到所述空间站的载波相位观测值，以低轨卫星的相位观测方程表示为：

3.根据权利要求2所述的基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法，其特征在于，所述针对和空间站同时可视的三颗低轨卫星中的每一颗低轨卫星，利用当前时刻获取到的该颗低轨卫星到所述空间站的载波相位观测值，计算该颗低轨卫星的双频相位消电离层组合观测量，采用低轨卫星的双频消电离层观测方程实现，所述低轨卫星的双频消电离层观测方程表示为：

4.根据权利要求3所述的基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法，其特征在于，基于所述双频相位消电离层组合观测量得到该颗低轨卫星在所述当前时刻的消电离层组合残差，所采用的公式为：

5.根据权利要求4所述的基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法，其特征在于，所述得到该颗低轨卫星在多个时刻的消电离层组合残差后，基于线性拟合处理，得到各时刻下消电离层组合残差和线性模型趋势项的残差值，包括：

6.根据权利要求5所述的基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法，其特征在于，所述在得到三颗低轨卫星分别对应的残差值历元间差分后结果之后，将每两颗低轨卫星对应的残差值历元间差分后结果，通过对应时刻互差的方式消除共有的空间站钟差，从而得到三组星间噪声时间序列，包括：

7.根据权利要求5所述的基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法，其特征在于，基于所述三组星间噪声各自的时间序列，利用哈德玛方差计算得到三组星间噪声稳定度，所采用的计算公式，包括：

8.根据权利要求7所述的基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法，其特征在于，对所述三组星间噪声稳定度采用三角帽法进行处理，得到每颗低轨卫星的星载钟噪声的稳定度，所采用的计算公式，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于空间站高性能频率源的低轨星载钟噪声确定方法，包括：对和空间站同时可视的三颗低轨卫星中的每一颗，基于各时刻获取的卫星到空间站的载波相位观测值分别得到卫星在对应时刻的消电离层组合残差；基于线性拟合处理得到各时刻下消电离层组合残差和线性模型趋势项的残差值；对残差值进行历元间差分得到该颗低轨卫星的残差值历元间差分后结果；得到三颗低轨卫星的残差值历元间差分后结果后，将每两颗低轨卫星的残差值历元间差分后结果通过对应时刻互差的方式，共得到三组星间噪声时间序列；利用哈德玛方差计算得到三组星间噪声稳定度，利用三角帽法得到每颗低轨卫星的星载钟噪声的稳定度。本发明确定低轨星载钟噪声的准确度高。

技术研发人员：钦伟瑾,王侃,孙保琪,高帅和,佘佳宁,杨旭海
受保护的技术使用者：中国科学院国家授时中心
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8