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多gnss共视基准站融合方法研究

多GNSS共视基准站融合方法研究

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作者：付欣中国科学院大学(中国科学院国家授时中心)

学位级别：硕士

gnss共视可以实现相距较远的两地用户之间的高精度时间传递。标准时间远程复现系统就是一种以gnss共视为主,将标准时间UTC（NTSC）配送至用户的系统,其复现信号相对UTC（NTSC）的典型时间偏差小于5ns,频率偏差均值低于5×10,同时提供基... 详细信息

gnss共视可以实现相距较远的两地用户之间的高精度时间传递。标准时间远程复现系统就是一种以gnss共视为主,将标准时间UTC（NTSC）配送至用户的系统,其复现信号相对UTC（NTSC）的典型时间偏差小于5ns,频率偏差均值低于5×10,同时提供基于gnss共视测得的复现信号与标准时间的偏差值,测量结果的A类不确定度优于2ns,支撑用户获得不确定度优于2ns的溯源精度。该系统由远程时间比对基准终端、标准时间复现终端以及数据分析处理中心三部分组成,各终端通过观测可视的GPS和BDS卫星群,测算伪距得到本地时间与卫星钟之间的偏差,称为星站钟差,即为本文的主要研究对象。其中,远程时间比对基准终端的星站钟差数据是整个复现系统的关键参考,其完好性和可靠性影响整个系统的可用性。单个基准终端所测星站钟差数据的连续性和稳定性都存在一定的不可靠因素,为了提高可靠性,主用手段是将多个终端并行运行。为最大化发挥所有基准终端的作用,本文基于上述背景,研究多个基准终端的配置方案和高精度融合方法,不仅可应对断电、接收机故障等多种异常情况,还有利于提高数据可靠性、拓展服务范围。主要工作如下:（1）调研并分析数据融合方法,面向标准时间远程复现系统中多个远程时间比对基准终端星站钟差的数据融合需求,提出多种针对多基准终端星站钟差数据的处理方法,在分析验证后形成一种最优解,可以满足多基准终端的相互监测以及融合处理。（2）设计了多gnss共视基准站配置方案并实现了数据融合软件。软件通过网络接收各基准终端的实时星站钟差数据,再对全部数据进行实时接收、保存、监测、分类融合,并对融合结果进行保存,最后将数据包通过网络或串口安全发送给各复现终端使用。（3）设计了针对多共视比对基准站融合性能评价的测试方案。基于标准时间远程复现系统,搭建了具有多个共视比对基准终端的试验平台,分别针对四种情况下两个基准终端的星站钟差数据融合处理进行复现性能测试:同地多基准站支撑复现设备的零基线、同地多基准站支撑复现设备的长基线测试、异地多基准站支撑复现设备的零基线测试以及异地多基准站支撑复现设备的长基线测试,并对其结果进行对比分析。通过对四种不同情况下基准站融合处理与单一基准站的复现效果对比,发现多基准站的融合处理可以满足不同情况下的标准时间复现需求,且复现信号更稳定。其中,零基线测试结果表明,不论是同地还是异地的基准站,其在24h内复现信号的随机起伏小于单一基准站,复现信号更稳定;长基线条件下,由于距离导致共视测量的不确定度增大,同地和异地的基准站在融合后相比单站效果没有显著优化,但是系统可靠性显著提升。

关键词：数据融合多基准终端星站钟差时间复现 gnss共视授时

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星站钟差融合与远程传递方法研究

星站钟差融合与远程传递方法研究

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作者：魏吉平西北大学

学位级别：硕士

gnss（Global Navigation Satellite System）共视授时是一种可以实现相距较远的两地用户之间高精度时间传递的卫星授时方法。在gnss共视授时系统中,多个基准站同时观测同一颗gnss卫星,通过测算伪距得到本地参考时间与gnss卫星钟之间的... 详细信息

gnss（Global Navigation Satellite System）共视授时是一种可以实现相距较远的两地用户之间高精度时间传递的卫星授时方法。在gnss共视授时系统中,多个基准站同时观测同一颗gnss卫星,通过测算伪距得到本地参考时间与gnss卫星钟之间的偏差。基准站之间交换数据从而完成时间比对。这个偏差称为星站钟差。为了得到每个基准站更准确的星站钟差,需要在每个基准站设置多个基准终端,它们同时观测相同的gnss卫星并计算输出一组星站钟差数据。实际上,在同一时刻,由于观测位置和角度不同等原因,位于同一基准站的不同基准终端观测到的卫星及卫星数量不尽相同,即使观测到的是同一颗卫星,计算输出的星站钟差值也不相同。对同一基准站中不同基准终端观测的星站钟差进行数据融合处理,进而得到该基准站更精确的钟差数据,是保证授时精度的重要前提。同时,为保证基准站之间交换数据的安全性,对融合钟差数据进行高效加密和解密也至关重要。针对上述问题,本文开展星站钟差数据融合和加密方法研究,并在相关理论研究基础上采用虚拟仪器技术开发实际工程应用软件。主要工作如下:（1）系统调研数据融合方法,面向gnss共视授时系统中非连续性多源星站钟差的数据融合需求,提出了一种采用集中式融合结构的数据融合方法。其中,采用Hampel滤波算法剔除观测数据中的奇异值,同时,填补部分钟差数据空缺值;采用动态权值分配的加权平均算法实现钟差数据融合;采用Kalman滤波或α-β滤波算法进行跟踪滤波,生成钟差融合终值并为门限判决提供参考值。（2）针对通过网络传输钟差融合结果时极易出现信息泄露的问题,研究了数据加密原理以及常用的数据加密技术。使用Open SSL设计了一种基于RSA、MD5和Base64的混合加密方法,实现了钟差数据的安全远程传递。（3）利用Lab Windows/CVI虚拟仪器技术开发了一款基于C/S构架的星站钟差融合与远程传递软件。软件通过网络接收各基准终端的实时星站钟差数据,再对全部数据进行实时保存、监测、分类融合,并对融合结果进行保存、加密组包,最后将数据包通过网络或串口安全发送。算法仿真实验结果表明,所提出的钟差数据融合方法能够较好地排除观测误差,输出一组接近真实值、整体波动小的星站钟差数据,适合星站钟差数据的融合处理,也为其他非连续性多源数据融合应用提供借鉴思路;所提出的混合加密方法保障了网络通信的安全性。软件测试结果表明,星站钟差融合与远程传递软件完成了预期的各项钟差数据处理功能需求,并且达到了稳定运行7天以上、数据实时计算时间小于1秒等性能指标。本文相关研究结论和软件技术已成功应用于国内某卫星地面站。

关键词： gnss共视授时星站钟差 Hampel滤波数据融合数据加密 LabWindows/CVI

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