摘要
以原子钟为核心的守时系统是全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）的重要组成部分，对全球卫星导航系统的定位和授时精度有重要影响。守时系统的性能主要取决于守时系统中原子钟的数目和质量与综合原子时算法。对于已经选定原子钟类型的系统而言，扩大守时钟组中原子钟的数目和改进综合原子时算法是提升守时系统性能的主要手段。为了提高全球导航卫星系统的守时性能，本文以北斗三号系统为例，通过对综合原子时算法和原子钟钟差比对数据噪声的研究，提出了建立GNSS系统站间、星间、星地联合守时系统的方法。具体取得了如下研究成果： （1）研究了通过卫星双向比对链路建立地面站间联合守时的方法。在站间联合守时中，远程比对链路的噪声是影响守时性能的重要问题。对这一问题本文首先提出了原子钟钟差数据独有噪声和比对链路引入的钟差数据共有噪声的定义，以此为基础提出了一种能够从远程钟差比对数据中提取链路噪声具体数值的方法，从而在远程比对钟差中实现对链路噪声的校正。随后本文以7台本地原子钟结合7台异地原子钟为例进行了验证，结果表明该方法可以有效校正地面站之间的比对链路噪声。计算表明该方法以噪声失真为代价，当参与计算的原子钟数目趋于无穷多时，能够使链路噪声校正效果无限接近100%且噪声失真无限接近于0。同时也证明了当参与计算的原子钟数目趋近于无穷多时，噪声失真无限接近于0。随后本文计算了链路噪声提取过程导致的原子钟固有噪声失真程度，提出了现有氢原子钟性能水平下使用本方法需要的原子钟数目条件。 （2）针对星载时间基准受GNSS系统星载空间原子钟周期性波动影响而恶化的问题，提出了基于频谱分析的星载原子钟周期性校正方法。随后分析了GNSS系统的星-星钟差数学模型，指出星-星钟差中的周期性波动仍然可以通过频谱分析予以校正。以IGS提供的星载原子钟星地钟差为基础，验证了周期性波动校正方法的有效性。然后以星地钟差互减的方法模拟了星间钟差，验证了本方法对星间钟差周期性波动的有效性。 （3）针对北斗三号系统地面站较少，卫星飞出地面站视场后星地钟差比对中断的问题提出了北斗三号系统卫星基准钟的定义和获得全星座卫星连续钟差数据的方法。随后分析了北斗三号系统星地钟差噪声校正中面临的问题。通过解决星地钟差周期性波动校正和共有噪声校正之间互相干扰的问题，提出了GNSS星地联合守时算法。计算结果显示，在对卫星定位系统影响较为显著的频率稳定度区间内，本文提出的星地联合守时算法可以有效提升星地联合守时时间基准的性能。相比于不采用本校正方法的传统守时算法9×10-15的万秒频率稳定度，本文提出的算法可以达到2.6×10-15的万秒频率稳定度，提升幅度达到71%。
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