基于毫秒脉冲星计时的导航卫星系统时间基准的研究

时间基准的建立，是空间通信、导航定位等空间科学技术的一个重要组成部分，在天文和空间科学中，时间是精确描述天体和航天器运行位置及其相互关系的重要参数。全球导航卫星系统的时间基准为天文、大地测量和导航等各种理论研究和实际应用提供了准确的时间和频率，同样为国际、国内的时间同步提供了时间比对的方法。脉冲星具有极其稳定的周期性，脉冲星钟比原子钟具有更高的长期稳定度，被誉为自然界最稳定的天文时钟。卫星导航系统的时间基准通常是通过少量的地面站和星载的原子钟共同维持的，而不同系统的地面站和星载原子钟的不同、钟群的组合算法的不同，使得各个卫星导航定位系统之间的时间基准不同，其精度也受到影响，并与国际原子时存在较大差异，不利于全球的应用。利用全球高精度时间实验室的高精度频标作为拟稳的时间基准以及与毫秒脉冲星计时相连接綜合，建立高精度、各卫星导航定位系统统一的时间基准，使系统的时间基准统一，并具有更好长期稳定度

研究了频标的频率稳定度估计中常用的时域和频域统计量和它们之间的关系。利用T. Walter所给出的严密公式和主成份分析方法，提出了一种自适应的噪声强度参数估计方法。这种估计方法并不能给出所有功率谱噪声强度参数的准确估计：对于那些几乎不可观测的噪声，即该种噪声在所有可用的数据长度上都不表现出明显的作用，该估计对这些噪声强度参数不予估计，以保证算法整体的稳健性。利用了仿真数据和GPS PRN.7星载铷钟8.2年的钟差对该方法进行了检验。. 研究了星载原子钟的在轨特性，计算了GPS PRN.7星载原子钟8.2年钟差数据的动态总方差，对动态总方差中所包含的周期项进行了分析。分别给出了利用阿伦方差和多窗口谱估计计算频标确定性线性频漂的方法，并提取了GPS PRN.7星载原子钟8.2年的确定性线性频漂和噪声强度参数时间序列。结果表明星载原子钟计时受到多种周期性因素的影响，其频率稳定性呈现出周期性波动，并指出周期项的来源包括GPS卫星的周期性绕地运动所引起的外部环境周期性变化、卫星轨道误差和传播路径误差。. 研究了毫秒脉冲星的基本物理特征以及时间频率特征，并分析了毫秒脉冲星计时受到的误差影响并提出了相应的补偿方案。研究了毫秒脉冲星计时残差之间的相关性，采用提高拟合项阶数和傅里叶函数法，对残差序列进行白化比较分析，结果表明傅里叶函数法不仅能够有效的消除红噪声，还可以剔除相关噪声（例如原子时噪声）。研究了毫秒脉冲星ＰＳＲ　Ｊ１９３９＋２１３４共７．５年的双频计时残差序列的特征，通过分析不同行星星历对脉冲星计时精度的影响，建议使用ＤＥ４２１；采用σｚ（τ）方法估计了脉冲星时与原子时的稳定度，发现脉冲星时的稳定度一直处于上升趋势，６年的稳定度高于１０的负１５次方。脉冲星时作为守时和授时的时间标准具有优势。. 精化了综合脉冲星时的概念，提出了综合毫秒脉冲星时的概念。利用傅里叶函数作为综合毫秒脉冲星时的钟模型，对经过加权平均的残差序列进行处理，建立了稳定度高于任何一颗毫秒脉冲星所建立的毫秒脉冲星时稳定度，其长期稳定度具有高于原子时稳定度的趋势。采用所建立的综合毫秒脉冲星时长期稳定度较高的特性，改善TA（NTSC）的长期稳定度，并取得了良好效果。