多导航系统时空基准偏差监测与评估

There are some "bias" exist among GNSS, which are key factors limiting application of GNSS. In various "bias", the difference of time reference and coordinate datum is the most basic of "bias", space constellation is the primary mean of transfer form space constellation to user, as a result, space constellation configuration and performance bias is the most focused "bias" for users of multri-GNSS. The project intends to integrate multi-GNSS timing receivers, atomic clock, precision time interval counter as the core hardware and the corresponding filter model, which we could study more precision navigation system time bias monitoring methods; the estimation equation of coordinate reference in E frame will be constructed by using the prior information of solution of T frame, and using total least squares iterative methods strike conversion parameters; space accuracy indicators SRT-DOP will be proposed including mathematical model and algorithm, which can not only reflect the geometry of spatial constellation, but also reflect precision of signal in space for different navigation systems. Multi-GNSS system time reference bias, coordinate datum bias and space constellation configuration and performance bias form the essential part of the study, which lay a solid theoretical foundation of compatible with interoperability and integrated navigation of Multi-GNSS.

各导航系统之间存在的“偏差”是制约多导航系统应用的关键因素。在多种“偏差”中，时间基准和坐标基准不统一是最基础的“偏差”，空间星座是导航系统把这些“偏差”传递给用户的主要手段，所以空间星座构型及性能差异是多模导航定位用户最关心的“偏差”。本项目拟集成多模授时接收机、原子钟、精密时间间隔计数器为核心的一系列硬件，以及相应的滤波模型，研究高精度多导航系统时间偏差监测方法；将以T框架下的坐标转换参数解为先验信息，构建E框架下的坐标基准偏差估计方程，并利用整体最小二乘迭代解法求取转换参数；提出并构建既能反映空间星座几何构型，又能反映不同导航系统空间信号精度的指标SRT-DOP，包含其数学模型和实现算法。本研究所针对的多导航系统时间基准偏差、坐标基准转换参数以及空间星座指标SRT-DOP，共同构成了多导航系统间偏差监测最底层的研究，为多导航系统的兼容与互操作研究及进一步的融合导航奠定坚实的理论基础。

四大全球卫星导航系统在时间基准、坐标基准、星座构型、空间信号精度等方面都存在着“偏差”，如果能采用特定的技术和手段针对这些偏差进行监测评估并采取算法进行消除或减弱，可增加多导航系统的兼容性，对于用户“无缝”地使用多个GNSS进行导航定位具有重要的意义。在上述多个偏差中，时间基准、空间基准的偏差是最重要也且影响深远的偏差，而空间星座又把时空基准传递到GNSS用户端。因此，本研究主要通过（1）时间基准偏差监测、（2）和坐标基准偏差监测及转换参数时间序列分析（3）多导航系统空间星座构型及精度监测评估的研究，以解决多导航系统偏差中最底层的问题。. 对于时间基准偏差的监测（研究内容1），采用了高精度秒脉冲测量进行时差监测的方案设计。具体方法采用两台GNSS接收机，每台接收机输入了一个由Rb钟产生的10MHz标准频率信号以及由天线产生的射频信号，接收机输出分别复现了两个不同GNSS系统的时间信号，然后用精密时间间隔计数器（SR620）对两个不同GNSS系统的时间信号进行比对，从而得到系统时间差的序列。. 对于坐标基准偏差的监测（研究内容2），采用大地测量中常用的Bursa-Wolf七参数模型作为基本模型，通过选取含有不同坐标基准的公共点坐标值（星历或参考站）来构建E框架下的观测模型，并采用整体最小二乘估计迭代法进行参数估计。. 对于坐标基准偏差的监测（研究内容3），针对多GNSS目前在轨运行的120颗卫星，提出NEW WDOP指标，此指标的关键是依据不同卫星的SISURE定权。在具体研究中，使用NEW WDOP评估了双系统、三系统和四系统组合条件下的的全球GNSS可用性。. 深入研究多导航时空系统基准偏差监测评估的理论与方法，不仅可以为提高多导航系统的兼容与互操作质量奠定坚实的基础，还可为我国BDS系统的建设与发展提供有力的支持，具有重要的理论意义和广阔的应用前景。