基于转发式测轨的导航卫星钟差精密确定与预报方法研究

非差精密单点定位技术由于保留了全部的测距信息，实现精密定位的同时能够拓展卫星定位系统应用领域，成为近年来的研究热点。卫星钟差的精密确定是实现非差精密单点定位技术的最重要环节，其改正精度直接影响到该技术的定位精度。由于星载原子钟非常敏感、极易受到外界及其本身因素的影响, 从而难以掌握其复杂细致的变化规律, 卫星精密钟差预报较为困难。特别是对于我国自主北斗二代导航系统来说，没有像IGS组织那样全球分布的基准站点和数据处理中心，卫星精密钟差确定及预报将变得更加困难。但是北斗二代导航卫星均搭载了C波段转发器和角反射器，为其他技术的应用提供了平台。本项目提出利用转发式测轨技术与接收机伪距同步观测，实时解算观测卫星钟差，分析时钟在轨运行特点，建立时钟运行模型，进而实现卫星钟差的精密预报。该方法能够直接消除卫星星历、对流层、固体潮等误差因素的影响，具有非常高的改正精度，能够作为常规观测手段。

目前包括GPS、Glonass、Beidou在内的各导航系统均采用的是利用到达时间（TOA）测距原理来确定用户的位置的方法来实现导航定位和授时服务。这对星载钟所保持的卫星时间有着很高的要求，钟差对导航定位的精度有着直接的影响。30多年来对人们对GPS系统的不断研究，成立了IGS（国际GNSS服务组织），建立了一个全球350多个连续运行站形成的全球导航定位观测网络，逐步发展出了一套导航卫星精密定轨为基础的导航卫星系统各参数解算方法，通过位于全球的7个分析中心对观测数据进行分析解算，获得精密钟差、精密星历、精密轨道等导航定位产品。然而对于目前处于发展阶段的北斗导航系统来说，我们目前还有几个制约北斗导航系统的因素。首先，出于政治、经济等原因，北斗导航系统很难像GPS系统那样全球布设观测站，导致目前北斗导航卫星观测弧段集中在中国区域上空，观测弧段不足。第二，北斗导航星座由GEO、IGSO、MEO多种轨道组成。特别是GEO轨道，导航卫星定位于地球同步轨道，由于轨道保持的需要GEO卫星会需要进行机动等操作，某种意义上说是一种人为干扰因素，这就给定轨带来了难度。另外再加上轨道较高，地面测站的交汇角度通常也不理想。因此GEO轨道卫星精密定轨一直是个难点问题，分离出的钟差精度也相对较差。目前国内比较可靠的定轨精度一般只能达到米级。探索一条适合北斗导航系统的精密钟差测量解决方案十分重要。北斗导航系统相对于其他导航系统的一大优势是北斗导航卫星搭载了通信设备，同时具有数据通信功能。本项目创新的提出了利用转发式测轨系统同步观测的方法来测量精密卫星钟差。通过本项目的研究实现了对北斗G1星卫星钟差的解算，研究分析了各项误差及改正，同时利用卫星激光测距技术对我国自主研发的接收机性能进行分析。钟差测量结果与德国地学中心（GFZ）的解算结果进行了比较，趋势符合较好，但由于接收机原因存在一个偏差。综合分析本项目方法具有以下特点，只需要一个测站就能获得钟差数据，可以获得高频钟差数据，具有实现实时快速钟差测量的潜力。目前本项目还只是初步探讨了同步观测比对方法，相关技术细节问题还有待进一步深入研究。