丁毅濤，郭美軍

基于不同機(jī)構(gòu)鐘差產(chǎn)品的GNSS星載鐘性能分析與評(píng)估

丁毅濤1，郭美軍2

（1. 西京學(xué)院 理學(xué)院，西安 710123；2. 西安航天天繪數(shù)據(jù)技術(shù)有限公司，西安 710054）

采用GBM（德國(guó)地學(xué)研究中心）、XRI（西安測(cè)繪所分析中心）、WUM（武漢大學(xué)分析中心）、ISC（產(chǎn)品綜合中心）提供的精密鐘差產(chǎn)品，分析了GPS、BDS、Galileo與GLONASS各在軌衛(wèi)星鐘的頻率準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度、漂移率。結(jié)果表明：ISC和WUM的鐘差產(chǎn)品評(píng)估的衛(wèi)星鐘除了穩(wěn)定度稍有差異，其余各項(xiàng)指標(biāo)趨勢(shì)完全一致，而XRI和GBM評(píng)估的衛(wèi)星鐘性能略差。用2017年前三季度WUM精密鐘差產(chǎn)品詳細(xì)評(píng)估了GNSS各系統(tǒng)星載鐘性能，BDS衛(wèi)星鐘頻率準(zhǔn)確度優(yōu)于4.5×10-11，日漂移率優(yōu)于9×10-14，天穩(wěn)定度優(yōu)于9×10-14，GPS、Galileo和GLONASS各衛(wèi)星鐘頻率準(zhǔn)確度達(dá)到10-12~10-11量級(jí)，日漂移率達(dá)到10-15~10-14量級(jí)，天穩(wěn)定度達(dá)到10-14~10-13量級(jí)。

頻率準(zhǔn)確度；日漂移率；天穩(wěn)定度；性能評(píng)估

0 引言

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）已經(jīng)在各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。星載原子鐘作為導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)距的星上時(shí)間基準(zhǔn)，是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有效核心載荷之一，其性能直接決定著導(dǎo)航定位和授時(shí)的精度。GNSS在軌衛(wèi)星原子鐘的性能評(píng)估，對(duì)于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)建設(shè)和用戶服務(wù)具有重要的意義[1-2]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)GNSS星載原子鐘的性能進(jìn)行了大量的研究，黃觀文[2]利用國(guó)際GNSS服務(wù)（IGS）的精密鐘差數(shù)據(jù)從衛(wèi)星鐘長(zhǎng)期特性和鐘差預(yù)報(bào)方面進(jìn)行了深入的分析，賈小林等[3]利用IGS的精密鐘差數(shù)據(jù)從頻率準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度、漂移率分析了GPS星載原子鐘的性能，郭海榮[4]從原子鐘的時(shí)域和頻域兩方面對(duì)原子鐘的性能進(jìn)行了分析，劉帥[5]利用國(guó)際GNSS監(jiān)測(cè)評(píng)估系統(tǒng)（iGMAS）的長(zhǎng)時(shí)間精密鐘差數(shù)據(jù)分析了GNSS四系統(tǒng)不同衛(wèi)星鐘的性能。前期有的學(xué)者只分析單個(gè)系統(tǒng)原子鐘的性能，有的學(xué)者雖然分析了多系統(tǒng)原子鐘性能情況，但未分析不同機(jī)構(gòu)的精密鐘差數(shù)據(jù)對(duì)鐘差性能評(píng)估的影響。不同機(jī)構(gòu)的精密鐘差產(chǎn)品在精度、采樣率等方面存在一定差異[6]，對(duì)衛(wèi)星鐘性能評(píng)估結(jié)果會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響？本文對(duì)IGS以及iGMAS部分分析中心提供的精密衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品進(jìn)行了分析。首先基于不同的鐘差產(chǎn)品，分別對(duì)四大導(dǎo)航系統(tǒng)2017年GNSS的星載原子鐘的性能進(jìn)行整體分析，通過(guò)頻率準(zhǔn)確度、頻率漂移率、頻率穩(wěn)定度比較了4種鐘差產(chǎn)品的差異。在此基礎(chǔ)上，選用一家分析中心的鐘差產(chǎn)品，對(duì)不同系統(tǒng)的各衛(wèi)星星載原子鐘性能進(jìn)行詳細(xì)分析與評(píng)估。相關(guān)工作不僅為我國(guó)北斗全球?qū)Ш较到y(tǒng)的建設(shè)提供借鑒，還可以為進(jìn)行精密定位、精密授時(shí)用戶提供參考。

1 衛(wèi)星鐘性能評(píng)估指標(biāo)

衛(wèi)星鐘性能評(píng)估通常用頻率準(zhǔn)確度、頻率漂移率、頻率穩(wěn)定度3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，下面對(duì)各個(gè)指標(biāo)的定義、算法公式進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1.1 頻率準(zhǔn)確度

頻率準(zhǔn)確度是指被測(cè)頻率或計(jì)算頻率與頻率定義值的一致程度，其定義公式為[2-7]

本文采用相對(duì)頻率偏差的計(jì)算方式，對(duì)獲得的瞬時(shí)頻率數(shù)據(jù)求絕對(duì)值，并取其中的最大值表示衛(wèi)星鐘的頻率準(zhǔn)確度。

1.2 頻率漂移率

頻率漂移率是描述原子鐘輸出頻率值隨在軌運(yùn)行時(shí)間的增加而呈現(xiàn)出單調(diào)變化的趨勢(shì)，這種變化稱為頻率漂移率。實(shí)際應(yīng)用中，通常取多個(gè)歷元瞬時(shí)頻率漂移率的平均值或利用最小二乘方法平差獲取最優(yōu)頻漂值進(jìn)行原子鐘頻率變化特性評(píng)估。頻率漂移率的最小二乘解為[8]

和

1.3 頻率穩(wěn)定度

頻率穩(wěn)定度是衡量單位時(shí)間間隔內(nèi)頻率平均值的隨機(jī)起伏程度。一般頻率穩(wěn)定度用Allan方差、Hadamard方差等進(jìn)行計(jì)算，Allan方差只適合對(duì)頻率漂移較小的原子鐘進(jìn)行穩(wěn)定度評(píng)估，而Hadamard方差對(duì)頻率漂移比較大的銣原子鐘，以及頻率漂移比較小的銫原子鐘都可以進(jìn)行評(píng)估。因此本文采用的是Hadamard方差，其定義如下[9-14]，對(duì)于頻率數(shù)據(jù)：

針對(duì)相位（時(shí)差）數(shù)據(jù)：

2 數(shù)據(jù)處理分析與評(píng)估

本節(jié)首先采用IGS和iGMAS的多個(gè)機(jī)構(gòu)的精密鐘差數(shù)據(jù)，通過(guò)比較分析GNSS各衛(wèi)星鐘的頻率準(zhǔn)確度、頻率穩(wěn)定度、頻率漂移率幾個(gè)指標(biāo)性能，得出了WUM分析中心的精密鐘差數(shù)據(jù)整體較為穩(wěn)健。利用該分析中心的精密鐘差數(shù)據(jù)，分析了GNSS單顆衛(wèi)星鐘在不同平滑時(shí)間段內(nèi)的穩(wěn)定度性能，最后對(duì)各個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星鐘的類型進(jìn)行了綜合分析，給出了詳細(xì)的分析結(jié)果。

2.1 不同機(jī)構(gòu)鐘差產(chǎn)品的性能分析

本文采用由GBM（德國(guó)地學(xué)研究中心）、ISC（產(chǎn)品綜合中心）、WUM（武漢大學(xué)分析中心）、XRI（西安測(cè)繪所分析中心）提供的精密鐘差產(chǎn)品進(jìn)行GNSS衛(wèi)星鐘性能分析。選取2017年1月至9月GBM采樣率為30 s、ISC采樣率為300 s、WUM采樣率為300 s、XRI采樣率為30 s的精密鐘差產(chǎn)品，獲取每顆衛(wèi)星鐘每個(gè)季度即3個(gè)月的數(shù)據(jù)，分別計(jì)算BDS、GPS、GLONASS和Galileo系統(tǒng)各衛(wèi)星鐘的頻率準(zhǔn)確度、日頻率漂移率和天穩(wěn)定度，將計(jì)算的每個(gè)季度的各指標(biāo)值取絕對(duì)值平均作為結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析。

2.1.1 準(zhǔn)確度分析

在MIDAS/GTS中，坡體的剪應(yīng)變是反映坡體變形破壞的重要指標(biāo)，也是判斷坡體變形破壞位置的主要依據(jù).圖8、圖9分別為雙排樁支護(hù)前Ⅱ-Ⅱ剖面X、Y方向的剪應(yīng)變?cè)茍D，圖10、圖11分別為采用雙排樁支護(hù)后Ⅱ-Ⅱ剖面X、Y方向的剪應(yīng)變?cè)茍D.

不同機(jī)構(gòu)的最終鐘差產(chǎn)品計(jì)算分析的BDS和GPS每顆衛(wèi)星鐘頻率準(zhǔn)確度變化趨勢(shì)分別如圖1和圖2所示。

圖1 不同鐘差產(chǎn)品BDS星載原子鐘頻率準(zhǔn)確度對(duì)比圖

不同機(jī)構(gòu)的最終鐘差產(chǎn)品計(jì)算分析的GLONASS和Galileo每顆衛(wèi)星鐘頻率準(zhǔn)確度變化趨勢(shì)分別如圖3和圖4所示。

圖3 不同鐘差產(chǎn)品GLONASS星載原子鐘頻率準(zhǔn)確度對(duì)比圖

圖4 不同鐘差產(chǎn)品Gallileo星載原子鐘頻率準(zhǔn)確度對(duì)比圖

從圖1至圖4可以直觀地看出，目前GNSS在軌原子鐘在2017年1月至9月期間的頻率準(zhǔn)確度處于10-12~10-11的量級(jí)。BDS星載原子鐘頻率準(zhǔn)確度整體處于10-11量級(jí)，C14衛(wèi)星鐘的頻率準(zhǔn)確度相對(duì)較低，XRI數(shù)據(jù)結(jié)果比其他數(shù)據(jù)源更優(yōu)。GPS在軌原子鐘的頻率準(zhǔn)確度處于10-12量級(jí)，ISC數(shù)據(jù)與WUM數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果相當(dāng)。GLONASS在軌原子鐘的頻率準(zhǔn)確度處于10-12量級(jí)，ISC數(shù)據(jù)與WUM數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果基本一致，R09、R15衛(wèi)星鐘的頻率準(zhǔn)確度均較其他衛(wèi)星鐘差。Galileo系統(tǒng)的E11、E19衛(wèi)星鐘準(zhǔn)確度最優(yōu)，XRI數(shù)據(jù)結(jié)果比其他數(shù)據(jù)更優(yōu)。從頻率準(zhǔn)確度評(píng)估的結(jié)果可以得出：4種數(shù)據(jù)源中，西安測(cè)繪所分析中心XRI、德國(guó)地學(xué)中心GBM、產(chǎn)品綜合中心ISC和武漢大學(xué)WUM產(chǎn)品中的每顆衛(wèi)星鐘頻率準(zhǔn)確度趨勢(shì)基本一致，但后兩者幾乎完全吻合。用GBM的產(chǎn)品數(shù)據(jù)評(píng)估GPS系統(tǒng)與GLONASS系統(tǒng)時(shí)，各顆衛(wèi)星鐘頻率準(zhǔn)確度的計(jì)算精度相對(duì)其他家產(chǎn)品機(jī)構(gòu)較差。

2.1.2 漂移率分析

不同機(jī)構(gòu)的最終鐘差產(chǎn)品計(jì)算分析的BDS和GPS每顆衛(wèi)星鐘頻率漂移率變化趨勢(shì)分別如圖5和圖6所示。

圖5 不同鐘差產(chǎn)品BDS星載原子鐘頻率漂移率對(duì)比圖

不同機(jī)構(gòu)的最終鐘差產(chǎn)品計(jì)算分析的GLONASS和Galileo每顆衛(wèi)星鐘頻率漂移率變化趨勢(shì)分別如圖7和圖8所示。

圖8 不同鐘差產(chǎn)品Galileo星載原子鐘頻率漂移率對(duì)比圖

綜合四系統(tǒng)分別采用不同鐘差產(chǎn)品的日漂移率比對(duì)結(jié)果可以得出：WUM和ISC兩個(gè)機(jī)構(gòu)的鐘差產(chǎn)品計(jì)算的各顆衛(wèi)星鐘的日頻率漂移率的趨勢(shì)幾乎一致，且也是最優(yōu)的。用GBM與XRI鐘差產(chǎn)品數(shù)據(jù)評(píng)估各系統(tǒng)的原子鐘日漂移率中，個(gè)別衛(wèi)星鐘的日漂移率存在異常值與頻漂跳變，而采用WUM與ISC精密鐘差產(chǎn)品數(shù)據(jù)計(jì)算的GNSS星載原子鐘的日漂移率更穩(wěn)定。

2.1.3 穩(wěn)定度分析

不同機(jī)構(gòu)的最終鐘差產(chǎn)品計(jì)算分析的BDS和GPS每顆衛(wèi)星鐘頻率穩(wěn)定度變化趨勢(shì)分別如圖9和圖10所示。

圖9 不同鐘差產(chǎn)品BDS星載原子鐘頻率穩(wěn)定度對(duì)比圖

圖10 不同鐘差產(chǎn)品GPS星載原子鐘頻率穩(wěn)定度對(duì)比圖

不同機(jī)構(gòu)的最終鐘差產(chǎn)品計(jì)算分析的GLONASS和Galileo每顆衛(wèi)星鐘頻率穩(wěn)定度變化趨勢(shì)分別如圖11和圖12所示。

圖11 不同鐘差產(chǎn)品GLONASS星載原子鐘頻率穩(wěn)定度對(duì)比圖

圖12 不同鐘差產(chǎn)品Galileo星載原子鐘頻率穩(wěn)定度對(duì)比圖

從圖9至圖12的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，GNSS在軌原子鐘的天穩(wěn)定度處在10-14~10-13量級(jí)。BDS星載原子鐘的天穩(wěn)定度總體在10-14水平，4種鐘差產(chǎn)品計(jì)算衛(wèi)星鐘的天穩(wěn)定度整體趨勢(shì)一致。GPS在軌衛(wèi)星原子鐘的天穩(wěn)定度在10-14量級(jí)，ISC鐘差產(chǎn)品計(jì)算的部分衛(wèi)星鐘天穩(wěn)定度在1×10-13水平以下，GBM與WUM鐘差計(jì)算衛(wèi)星鐘天穩(wěn)定度更優(yōu)，甚至達(dá)到10-15量級(jí)。4種鐘差產(chǎn)品計(jì)算GLONASS在軌原子鐘的天穩(wěn)定度趨勢(shì)比較一致，除R15衛(wèi)星鐘穩(wěn)定性較差之外，其余衛(wèi)星鐘穩(wěn)定性均處于2~8×10-14水平。產(chǎn)品綜合中心ISC在評(píng)估GPS和Galileo衛(wèi)星鐘的天穩(wěn)定度精度較差。從穩(wěn)定度評(píng)估的結(jié)果可以得出，GBM和WUM兩個(gè)機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品計(jì)算的天穩(wěn)定度結(jié)果最好，ISC的鐘差產(chǎn)品相對(duì)最差，綜合頻率準(zhǔn)確度和頻率漂移率的分析結(jié)果可以得出武漢大學(xué)WUM提供的鐘差產(chǎn)品在評(píng)估各導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星鐘的各項(xiàng)指標(biāo)中與多數(shù)產(chǎn)品的量級(jí)和趨勢(shì)一致，表現(xiàn)較為穩(wěn)健。因此用WUM精密鐘差產(chǎn)品對(duì)各導(dǎo)航系統(tǒng)星載原子鐘進(jìn)行詳細(xì)的分析與評(píng)估。

2.2 GNSS衛(wèi)星鐘在軌性能分析

文中2.1節(jié)主要是采用不同機(jī)構(gòu)在2017年一至三季度的精密鐘差數(shù)據(jù)，從所有衛(wèi)星整體上分析了不同機(jī)構(gòu)的鐘差精度，綜合得出WUM精密鐘差精度最優(yōu)，因此本節(jié)將重點(diǎn)采用WUM精密鐘差產(chǎn)品分析GNSS四大系統(tǒng)單顆衛(wèi)星的原子鐘性能，利用每一季度的鐘差數(shù)據(jù)分析了單顆衛(wèi)星鐘在不同平滑時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定度的變化情況，最終綜合各導(dǎo)航系統(tǒng)不同類型的星載原子鐘，給出了不同指標(biāo)的詳細(xì)分析結(jié)果。

2.2.1 不同平滑時(shí)間段衛(wèi)星鐘穩(wěn)定度性能分析

選取武漢大學(xué)分析中心2017年第三季度最終精密鐘差產(chǎn)品數(shù)據(jù)，利用Hadamard方差計(jì)算分析GNSS四個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)星載原子鐘不同時(shí)間尺度下的頻率穩(wěn)定度曲線，其中BDS和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)星載原子鐘不同時(shí)間尺度下的頻率穩(wěn)定度變化分別如圖13和圖14所示。

圖13 BDS星載原子鐘頻率穩(wěn)定度

圖14 GPS星載原子鐘頻率穩(wěn)定度

GLONASS和Galileo導(dǎo)航系統(tǒng)星載原子鐘不同時(shí)間尺度下的頻率穩(wěn)定度變化分別如圖15和圖16所示。

圖15 GLONASS星載原子鐘頻率穩(wěn)定度

圖16 Galileo星載原子鐘頻率穩(wěn)定度

從穩(wěn)定度波形分析結(jié)果可以看出：BDS在軌衛(wèi)星鐘在短期穩(wěn)定度和其他系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘處于一個(gè)量級(jí)，但在長(zhǎng)期穩(wěn)定度方面和GLONASS系統(tǒng)衛(wèi)星鐘處于同一個(gè)水平，比其他兩個(gè)系統(tǒng)低一個(gè)數(shù)量級(jí)。 GPS G01，G03，G06，G09，G25，G27，G30衛(wèi)星的3 ks前的短期穩(wěn)定性要明顯高于其他的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星全部為GPS BLOCK IIF衛(wèi)星，可以看出BLOCK IIF衛(wèi)星搭載的星載銣鐘有著很好的短期穩(wěn)定性。而GPS BLOCK IIF 銣鐘與Galileo E19氫鐘的頻率穩(wěn)定度最優(yōu)，GLONASS星載銫鐘的頻率穩(wěn)定度較好。綜合比較，GPS最新一代的BLOCK IIF搭載的銣鐘與Galileo IOV衛(wèi)星搭載的氫鐘各項(xiàng)性能最優(yōu)。

2.2.2 不同衛(wèi)星類型性能綜合分析

為更好地分析各導(dǎo)航系統(tǒng)在軌原子鐘性能，將GNSS四個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)在軌原子鐘1月至9月的頻率準(zhǔn)確度、天頻率穩(wěn)定度、日頻率漂移率指標(biāo)進(jìn)行綜合分析[8-11]，分析結(jié)果分別見(jiàn)表1，2，3和4。

表1 BDS在軌衛(wèi)星鐘性能綜合結(jié)果

BDS導(dǎo)航系統(tǒng)的星載原子鐘性能綜合分析結(jié)果見(jiàn)表1，從表1的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，BDS可以提供服務(wù)的13顆在軌衛(wèi)星中，C01衛(wèi)星鐘的頻率準(zhǔn)確度與日漂移率較差，C10衛(wèi)星鐘的天穩(wěn)指標(biāo)較差，C14衛(wèi)星鐘3項(xiàng)性能指標(biāo)均較差，其他衛(wèi)星各項(xiàng)指標(biāo)均處于同一數(shù)量級(jí)水平，性能較好。另外，GEO衛(wèi)星各項(xiàng)性能較IGSO與MEO衛(wèi)星略差，這種現(xiàn)象與GEO衛(wèi)星頻繁機(jī)動(dòng)以及進(jìn)行調(diào)頻調(diào)相有一定的關(guān)系，也與GEO衛(wèi)星軌道的鐘差解算精度相對(duì)較低有關(guān)。并且，北斗目前的星座中，GEO衛(wèi)星是最早發(fā)射升空的，MEO衛(wèi)星是較晚發(fā)射的，而隨著技術(shù)以及經(jīng)驗(yàn)的提升，之后發(fā)射的衛(wèi)星性能要優(yōu)于之前發(fā)射的衛(wèi)星。

表2 GPS在軌衛(wèi)星鐘性能綜合結(jié)果

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的星載原子鐘性能綜合分析結(jié)果見(jiàn)表2，從表2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得出，GPS系統(tǒng)存在各代衛(wèi)星鐘同時(shí)在軌運(yùn)行的情況，所以其各代衛(wèi)星鐘性能存在著分層現(xiàn)象，各代衛(wèi)星鐘性能逐步提高，最新一代的BLOCK IIF衛(wèi)星鐘性能最優(yōu)，天穩(wěn)達(dá)到10-15數(shù)量級(jí)。

表3 GLONASS在軌衛(wèi)星鐘性能綜合結(jié)果

GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)的星載原子鐘性能綜合分析結(jié)果見(jiàn)表3，從表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看到，GLONASS系統(tǒng)整體衛(wèi)星鐘性能穩(wěn)定，頻率漂移率可達(dá)到10-15量級(jí)。

表4 Galileo在軌衛(wèi)星鐘性能綜合結(jié)果

Galileo導(dǎo)航系統(tǒng)的星載原子鐘性能綜合分析結(jié)果見(jiàn)表4，從表4的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得出，Galileo IOV衛(wèi)星的E12與E19搭載了高精度的氫鐘，E11與E19衛(wèi)星鐘頻率準(zhǔn)確度與日頻率漂移率兩項(xiàng)性能指標(biāo)均十分優(yōu)秀。Galileo FOC衛(wèi)星除E22搭載銣鐘外，其余均搭載高精度的氫鐘，E22衛(wèi)星鐘的穩(wěn)定性指標(biāo)與其他衛(wèi)星鐘相差一個(gè)量級(jí)，其天穩(wěn)定度仍處于10-13量級(jí)，其他衛(wèi)星鐘天穩(wěn)定度處于10-14~10-15量級(jí)。

3 結(jié)論

本文利用GBM、XRI、WUM、ISC提供的鐘差產(chǎn)品進(jìn)行GNSS在軌衛(wèi)星鐘性能評(píng)估分析，并通過(guò)繪制各導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星鐘的頻率準(zhǔn)確度、日漂移率、天穩(wěn)定度圖直觀對(duì)4種鐘差產(chǎn)品進(jìn)行了性能分析比較，并對(duì)四家不同機(jī)構(gòu)的鐘差數(shù)據(jù)質(zhì)量做出分析判斷，得出WUM分析中心的鐘差產(chǎn)品相對(duì)較為穩(wěn)健。最后使用WUM的鐘差產(chǎn)品對(duì)GNSS衛(wèi)星鐘進(jìn)行了詳細(xì)的分析，分別計(jì)算了各衛(wèi)星鐘的頻率準(zhǔn)確度、日漂移率和天穩(wěn)定度。經(jīng)綜合分析得出結(jié)論，BDS MEO衛(wèi)星鐘頻率天穩(wěn)定度優(yōu)于7×10-14，日漂移率優(yōu)于8×10-14，準(zhǔn)確度維持在1.8×10-11量級(jí)，MEO衛(wèi)星鐘各項(xiàng)性能均優(yōu)于GEO與IGSO衛(wèi)星鐘。GPS BLOCK IIF銣鐘天穩(wěn)定度優(yōu)于8.8×10-15，日漂移率優(yōu)于1.6×10-14，準(zhǔn)確度維持在1.5×10-12量級(jí)，Galileo IOV E19氫鐘的天穩(wěn)定度達(dá)到6×10-15，日漂移率優(yōu)于2×10-15，準(zhǔn)確度維持在6×10-13量級(jí)，GPS BLOCK IIF銣鐘與Galileo IOV氫鐘的綜合性能最優(yōu)，GLONASS衛(wèi)星銫鐘整體各項(xiàng)指標(biāo)較為穩(wěn)定。從整體3個(gè)指標(biāo)來(lái)看，GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星鐘最優(yōu)。Galileo導(dǎo)航系統(tǒng)最新發(fā)射的衛(wèi)星搭載的是氫鐘，但是從數(shù)據(jù)分析的結(jié)果看到，除了E19的各項(xiàng)性能特別優(yōu)之外，其他衛(wèi)星鐘的各項(xiàng)性能沒(méi)有體現(xiàn)出對(duì)其他導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，這需要后期再對(duì)較多的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。本文分析的結(jié)果可供精密定位、精密授時(shí)用戶進(jìn)行參考借鑒，也為iGMAS進(jìn)行衛(wèi)星鐘性能監(jiān)測(cè)提供一定的參考。

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Performance analysis and evaluation of GNSS satellite clock based on clock products from different institutions

DING Yi-tao1, GUO Mei-jun2

(1. School of Science Xijing University, Xi’an 710123, China;2. Xi’an Aerors Data Technology Company Limited, Xi’an 710054, China)

Precision clock products vary from each other in precision. Clock products have different effects on the performance of satellites, so we carried out an evaluation and analysis of in-orbit satellites. The frequency accuracy, stability and drift rate of GPS, BDS, Galileo and GLONASS satellites were analyzed with the precision clock products provided by GBM, XRI, WUM and ISC. The result shows that the performance indexes of the clock difference products from ISC and WUM are fully consistent with each other, except for stability, but the performance of the products from XRI and GBM is not as good. According to our evaluation of the in-orbit satellites of GNSS systems using the clock difference products provided by WUM in the first three quarters of 2017, the frequency accuracy of BDS satellite is better than 4.5×10-11, the day drift rate 9×10-14, the day stability 9×10-14; the frequency accuracy of GPS, Galileo and GLONASS satellites is 10-12to 10-11, the day drift rate 10-15to10-14, and the day stability 10-14to10-13.

frequency accuracy; day drift rate; day stability; performance evaluation

10.13875/j.issn.1674-0637.2020-01-0072-13

2019-07-19；

2019-09-03

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（4177408）

丁毅濤，男，講師，主要從事衛(wèi)星原子鐘性能監(jiān)測(cè)評(píng)估研究。