多频多模GNSS时间传递一致性和连续性问题研究

With the continuous construction and improvement of different global satellite navigation systems (GNSS), the technique of time and frequency transfer based on multi-GNSS carrier-phase (CP) approach has gradually become a hot topic in remote time and frequency transfer domain. It has been found that multi-GNSS can make use of more satellite resources, increase the redundancy of observation data and further improve the performance of time and frequency transfer; however, it is easy to cause the inconsistency of time transfer due to the different characteristics for multi-GNSSs. Meanwhile, the phenomenon of day-boundary jump seriously affects the continuity attribute of time and frequency reference. It can be found that the inconsistency and discontinuity in time and frequency transfer lead to the fact that the advantages of multi-GNSS have not been fully exploited. Therefore, the research on the consistency and continuity of multi-GNSS time and frequency transfer has been focused, including the establishment of the unified mathematical model for multi-GNSS time transfer, the calibration approach of time and frequency reference, and the continuity analysis of multi-GNSS time transfer at satellite and user terminals. The research will provide an important theoretical and technical solution to the consistency and continuity in multi-GNSS CP time and frequency transfer.

随着全球各大卫星导航系统的不断建设和完善，基于多频多模GNSS的载波相位时间传递已逐步成为远程精密时间传递技术发展的重要方向。前期研究发现，多频多模GNSS载波相位时间传递虽然可以利用更多的卫星资源，增加观测数据冗余，提升了时间传递的性能，但是由于不同GNSS系统的不同特征易造成时间传递的不一致性问题。同时，多频多模GNSS载波相位时间传递中极易在天与天衔接处出现“台阶状”的跳变现象，严重影响了时间传递的连续性。这些问题导致目前多频多模GNSS时间传递的优势并未得到充分的发挥。因此，本课题针对性地开展了多频多模GNSS时间传递一致性和连续性问题的研究，其中包括多频多模GNSS时间传递统一数学模型的建立，时间频率参考的校准方法研究以及卫星端和用户端的多频多模GNSS时间传递的连续性分析。本课题的研究将为解决多频多模GNSS时间传递一致性和连续问题提供重要理论基础和技术支撑。

近年来，全球卫星导航系统的建设蓬勃发展，基于多频多模GNSS的载波相位时间传递也逐步成为远程精密时间传递技术发展的重要方向。多频多模GNSS载波相位时间传递虽然可以利用更多的卫星资源，增加观测数据冗余，提升了时间传递的性能，但是由于不同GNSS系统的不同特征易造成时间传递的不一致性问题。同时，多频多模GNSS载波相位时间传递中极易在天与天衔接处出现“台阶状”的跳变现象，严重影响了时间传递的连续性。这些问题导致目前多频多模GNSS时间传递的优势并未得到充分的发挥。本项目主要针对多频多模GNSS载波相位时间传递中在一致性和连续性方面存在的问题，开展了相关研究。在一致性问题研究方面，本项目基于实测的多频多模GNSS数据，构建了基于单频、双频、三频、四频观测量的GNSS载波相位时间传递模型，提出了基于单站、多站统一的GNSS时间传递方法，建立了统一的数学模型，实现了GNSS时间传递方法之间的统一。利用不同GNSS之间的重叠频率观测量，分析了基于不同GNSS进行时间传递的一致性特征，同时对不同类型时间传递链路的校准特性进行了研究，进一步完善了多频多模GNSS时间传递的一致性问题研究体系。在连续性问题研究方面，从GNSS时间传递的用户端着手，提出了钟差建模的时间传递方法，充分利用了时间传递中原子钟的物理特性，显著提升了GNSS时间传递的连续性。与此同时，针对BDS的载波相位时间传递的连续性问题，从卫星产品端分析了当前BDS卫星轨道和钟差产品的连续性特征，建立了BDS时间传递“天跳变”改善模型，有效提升了BDS时间传递的性能。最终构建一套融合多频多模GNSS 载波相位高精密时间传递方法，该方法能够实现一致、连续的高精度时间传递功能。本课题的研究既具有解决目前多频多模GNSS 载波相位时间传递中一致性和连续性等技术问题的紧迫性，又具有GNSS 时间传递技术发展应用的前瞻性，推动一致的、连续的GNSS 时间传递方法在国际重要领域中的应用，均具有十分重要的理论意义与实用价值。