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专利号: 2025102581106
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1. 获取低轨航天器的运行轨道序列数据,对其运行轨道分量的时间序列做历元间一次差分,得到低轨航天器的运行速度,并构建低轨航天器轨道模型;

步骤2. 获取低轨航天器的原子钟组运行的钟差数据,构建星载原子钟预报模型;

步骤3. 获取低轨航天器上的星载GNSS接收机的伪距和载波相位观测量,并进行数据预处理,构建无电离层组合观测量,结合对星载GNSS接收机的误差进行修正,建立基于动态GNSS非差的载波相位时间传递的函数模型;

步骤4. 建立基于动态GNSS非差的载波相位时间传递的随机模型;

步骤5. 将基于动态GNSS非差的载波相位时间传递的函数模型和随机模型,分别与步骤1和步骤2构建的先验时空信息结合,构建顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递的函数模型和随机模型;

步骤6. 针对地面原子钟所连接的GNSS接收机即地面GNSS接收机,以基于静态GNSS非差的载波相位时间传递的方法,获取地面站的接收机钟差,得到基于静态GNSS非差的载波相位时间传递的函数模型和随机模型;

步骤7. 基于步骤5和步骤6得到的数学模型以及参数解算算法分别对星地时间传递链路两端的GNSS观测数据进行处理,获得两个测站当前历元的接收机钟差量,并结合星地时间传递链路的固有延迟标定量,构建顾及先验时空信息增强的低轨航天器动态载波相位时间传递解算模型,并完成顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递。

2.根据权利要求1所述的顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递方法,其特征在于,所述步骤1具体为:获取低轨航天器运行轨道序列数据,对其轨道三个分量的时间序列做历元间一次差分,得到如公式(1)所示的低轨航天器的三个方向的运行速度: (1)

其中, 、 、 分别表示低轨航天器三个方向的运行速度,为历元标记, 、 、分别为 历元的低轨航天器的三个轨道分量, 、 、 分别为历元的低轨航天器的三个轨道分量;

基于公式(1)得到的低轨航天器的运行速度,构建如公式(2)所示的低轨航天器轨道模型 : (2)

其中,、和 分别为二次项、一阶项和常数项的系数; 和 表示周期函数的系数,是周期函数的周期, ,n表示阶数。

3.根据权利要求2所述的顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递方法,其特征在于,所述步骤2具体为:获取低轨航天器的原子钟组运行的钟差数据,构建的星载原子钟预报模型为: (3)

其中, 为 时刻的星载GNSS接收机的钟差, 、 、 分别表示参考时刻为 的初始钟差、钟速、钟漂, 表示误差残余项。

4.根据权利要求3所述的顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递方法,其特征在于,所述步骤3具体为:对获取的低轨航天器上的星载GNSS接收机的伪距和载波相位观测量进行数据预处理,构建双频无电离层组合观测量;

其中,数据预处理包括数据完整性检查、粗差识别、周跳探测与标记;

对星载GNSS接收机的误差,包括GNSS卫星及星载GNSS接收机的电离层误差、天线相位中心误差、相对论效应进行修正,不再估计对流层参数;

建立如公式(4)所示的基于动态GNSS非差的载波相位时间传递的函数模型: (4)

其中, 表示星载GNSS接收机钟的伪距无电离层组合观测量, 表示星载GNSS接收机钟的载波相位无电离层组合观测量, 为GNSS卫星 与星载GNSS接收机 之间的距离,为光速, 为星载GNSS接收机钟差, 为GNSS卫星的钟差, 为星载GNSS接收机钟的伪距噪声, 为星载GNSS接收机钟的载波相位模糊度, 为星载GNSS接收机钟的载波相位噪声;

待估参数向量 为:

 (5)

其中, 为低轨航天器的三个轨道分量。

5.根据权利要求4所述的顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递方法,其特征在于,所述步骤4具体为:根据公式(5)得到的待估参数向量X中不同类型参数的状态参数特性确定其对应的随机模型;对于模糊度参数 ,当没有周跳发生时,过程噪声方差设为0;当发生周跳时,则需

10

要重新初始化,将过程噪声方差设为10 ;对于星载GNSS接收机钟差参数 及低轨航天器三个轨道分量参数 均采用白噪声过程进行模拟;

建立如公式(6)所示的基于动态GNSS非差的载波相位时间传递的随机模型: (6)

其中, 表示星载GNSS接收机的待估参数的协方差矩阵, 表示低轨航天器的三个轨道分量的协因数, 表示星载GNSS接收机钟差参数的协因数, 表示星载GNSS接收机模糊度参数的协因数,m表示星载GNSS接收机钟模糊度参数的个数。

6.根据权利要求5所述的顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递方法,其特征在于,所述步骤5具体为:将建立的动态GNSS载波相位时间传递模型,即步骤3的基于动态GNSS非差的载波相位时间传递的函数模型和步骤4的基于动态GNSS非差的载波相位时间传递的随机模型,分别与步骤1和步骤2的所构建的先验时空信息结合,进一步构建顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递的函数模型和随机模型;

其中,顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递的函数模型如公式(7)所示: (7)

其中, 表示 历元星载GNSS接收机的伪距无电离层组合观测量,表示 历元的GNSS卫星 与星载GNSS接收机 之间的距离, 表示历元的星载GNSS接收机钟差, 表示 历元的GNSS卫星的钟差,表示 历元星载GNSS接收机的伪距噪声, 表示 历元星载GNSS接收机的载波相位无电离层组合观测量, 表示 历元星载GNSS接收机的载波相位噪声, 表示 历元低轨航天器三个轨道分量, 表示 历元低轨航天器三个轨道分量, 表示 历元的低轨航天器轨道模型, 为低轨航天器轨道的时间间隔, 为 历元的星载GNSS接收机钟差;

顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递的随机模型如公式(8)所示: (8)

其中, 、 、 分别为动态GNSS载波相位时间传递模型、低轨航天器轨道模型、星载原子钟预报模型的权重分配, 、 、 分别为 、 、 对应的中误差。

7.根据权利要求6所述的顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递方法,其特征在于,所述步骤6具体为:针对地面原子钟所连接的GNSS接收机,获取地面GNSS接收机的伪距和载波相位观测量,并进行数据预处理,构建地面GNSS接收机的无电离层组合观测量;

其中,数据预处理包括数据完整性检查、粗差识别、周跳探测与标记;

对地面GNSS接收机的误差,包括地面GNSS接收机的电离层误差、天线相位中心误差、对流层误差、潮汐以及相对论效应进行修正;

基于静态GNSS非差的载波相位时间传递的方法,获取地面GNSS接收机的钟差,得到如公式(9)所示的基于静态GNSS非差的载波相位时间传递的函数模型: (9)

其中, 为地面GNSS接收机的伪距无电离层组合观测量, 为地面GNSS接收机的载波相位无电离层组合观测量, 为GNSS卫星与地面GNSS接收机之间的距离,为地面GNSS接收机的钟差参数, 表示对流层延迟参数, 为地面GNSS接收机的伪距噪声, 为地面GNSS接收机的载波相位模糊度, 为地面GNSS接收机的载波相位噪声;

得到如公式(10)所示的基于静态GNSS非差的载波相位时间传递的随机模型: (10)

其中, 表示地面GNSS接收机的待估参数的协方差矩阵, 表示地面GNSS接收机三维坐标的协因数, 表示地面GNSS接收机钟差参数的协因数, 表示对流层参数的协因数, 表示地面GNSS接收机模糊度参数的协因数,n表示地面GNSS接收机模糊度参数的个数。

8.根据权利要求7所述的顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递方法,其特征在于,所述步骤7具体为:利用步骤5和步骤6的数学模型和参数解算算法分别对星地时间传递链路两端的GNSS观测数据分别进行处理,获得低轨航天器处和地面GNSS接收机处两个测站当前历元的接收机钟差量,即结合公式(7)和(8),利用最小二乘原理和方法,即获得当前时刻的星载接收机钟差参数 ,结合公式(9)和公式(10),利用最小二乘原理和方法,即获得当前时刻的地面GNSS接收机钟差参数 ;并结合星地时间传递链路的固有延迟标定量,得到顾及先验时空信息增强的低轨航天器动态载波相位时间传递解算模型为: (11)

其中, 为时间传递量, 为星地时间传递链路的固有延迟标定量;

利用公式(11)所示的顾及先验时空信息增强的低轨航天器动态载波相位时间传递解算模型,完成顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递。

9.一种计算机设备,包括存储器和一个或多个处理器,所述存储器中存储有可执行代码,其特征在于,所述处理器执行所述可执行代码时,实现如权利要求1至8任一项所述的顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,其上存储有程序,其特征在于,程序被处理器执行时,实现如权利要求1至8任一项所述的顾及先验时空信息的低轨航天器星地时间传递方法的步骤。