所属分类：电子信息产业

所属单位：中国科学院国家授时中心

成果简介：得益于低轨卫星高度低、速度快、造价成本低等特点，低轨增强GNSS定位导航授时拥有信号强度强、收敛时间短、多路径效应白噪化等一系列优势，在近年获得了越来越多的关注。为利用低轨导航信号实现地面的高精度低轨增强精密单点定位及授时，低轨卫星的精密轨道与星钟须实时提供给用户。 在GNSS实时产品的传递中，往往使用低频广播星钟星历（1小时至数小时）提供精度较低的轨道与星钟产品，然后利用英特网或星基增强系统（Satellite-Based Augmentation System, SBAS）传输给用户基于广播星钟星历的高频改正数，从而在用户端合成为高精度星钟星历产品。对于低轨卫星而言，由于其离地面更近，轨道受复杂大气阻力影响，星钟受各种复杂系统性现象影响，广播星钟星历的长周期预报将产生较大误差，因此低频广播星钟星历不再适用，可采取直接通过卫星信号播发较高频率的星钟星历的方法满足用户需求，也省去了额外的高频改正数播发这一环。 在GNSS广播星历中，星历数据期号（Issue Of Data Ephemeris, IODE）与星钟数据期号（Issue Of Data Clock, IODC）用于区分不同组更新的的星历与星钟参数，并保证其在相当一段时间内对于同颗卫星不重复出现，从而在该段时间内确保其唯一性。GPS IODE取值范围为0至255，通过8比特进行描述, IODC另含高2比特, 取值范围为0至1023；Galileo IODnav取值范围为0至1023，通过10比特进行描述；在北斗信号（B1C、B2a）导航电文中，使用8比特IODE与10比特IODC在作为星历与星钟参数更新标识的同时，反映本组参数的数据龄期（Age Of Data, AOD），即星历或星钟参数参考时刻到计算所需的最后测量时刻之差，从而推算该组星历或星钟参数的外推时间，并作为判断其精度的依据。 对于低轨卫星而言，情况发生了变化。首先，由于轨道与星钟的快速变化及建模复杂性，为得到较高精度的广播星钟星历，需保证其高频更新，尤其对于星钟参数，其更新速度更将快于星历参数。这导致了两个问题，1）轨道与星钟参数更新频率不同，不再像GNSS广播星钟星历一样同组出现，需针对其不同的更新频率进行期号设计；2）对于高频更新的低轨卫星星钟IODC与星历IODE，为保证其各自在一段时间内针对同卫星不重复出现，需要在限制使用比特数的情况下尽量扩大其取值范围；3）在延长其不重复出现时长的情况下，也需反映数据龄期。基于此，需针对低轨卫星广播星钟星历的特定更新周期，对IODE与IODC进行新型设计，使其适应新变化，在顾及其高频电文播发的情况下方便用户使用。 GNSS的广播星钟星历为低频更新的非精密星钟星历，且更新周期相同。IODE与IODC作为区分不同组星历与星钟参数的期号标识，通常通过8比特或10比特数值完成对星钟和星历参数在较长时间的唯一性保障，使其期号不重复出现。北斗（B1C、B2a）通过IODE与IODC的值域反映其数据龄期，如IODE在0~59时，表示数据龄期小于12小时。现有技术方案无法适应低轨卫星高频广播星钟星历的需求。以星历数据为例，假设更新时间为10分钟，8比特数据可保证其在42小时内不重复，但无法再继续对数据龄期进行区分，由于更新频繁，在上述情况下 0~59中以及60~119中的IODE很可能表示不同星历基准时间toe但龄期相同的星历。 本发明要解决的技术问题是：针对低轨卫星广播电文需要高频播发的特点，改进当前GNSS对IODE以及IODC的设计方法，使其在尽量不扩充所使用比特数的情况下，表达星历星钟基准时间及数据龄期两个维度的信息。

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所属单位：中国科学院国家授时中心

成果简介：得益于低轨卫星高度低、速度快、造价成本低等特点，低轨增强GNSS定位导航授时拥有信号强度强、收敛时间短、多路径效应白噪化等一系列优势，在近年获得了越来越多的关注。为更好地利用低轨导航信号实现地面的高精度实时定位授时，低轨卫星的高精度实时轨道星钟成为了重要前提。而为了获得高精度低轨卫星实时轨道星钟产品，需利用低轨卫星星载GNSS观测及GNSS精密实时轨道星钟产品对低轨卫星进行实时精密定轨定时，其中，GNSS星钟需以高频的形式通过英特网或卫星信号传递给定轨处理模块，而高频实时GNSS星钟的精度很大程度决定了低轨卫星实时定轨定时的精度。同样，实时GNSS星钟的精度也是基于GNSS信号实现的地面实时精密定位授时精度的重要决定因素。 在高频GNSS星钟的生成与传输过程中，不可避免地会出现长短不同的间断，实验显示，GNSS星钟实时流即使在网络稳定的情况下，完整度也在90%至100%浮动。对于短期间断的GNSS星钟，往往采取多项式内插的方式进行填补，从而不浪费间断期间的GNSS观测，而内插的误差大小取决于星钟间断时间长短，以及该GNSS星钟在其实时时间基准下的稳定性。尽管GNSS星钟如今多使用铷钟或氢钟等高稳定度原子钟，但GNSS星钟在实时状态下的时间基准稳定度常常不够理想，其稳定度甚至弱于GNSS星钟本身的稳定度，这很大程度上影响了GNSS星钟的内插效果，并间接影响着低轨卫星实时定轨定时，或地面高精度实时定位授时。实际操作中也常采取由实时流用户选取特定的高稳定度卫星钟（如高性能铷原子卫星钟或氢原子卫星钟）进行归算，或使所有卫星零均值化的方法进行归算，然而在卫星钟实时流经历复杂且各不相同的间断情况下，归算的实时时间基准可能无法覆盖所有有效历元，或者因在不同历元的参与卫星不同发生大跳。 直接使用GNSS实时星钟产品自带的时间基准，或由实时流用户选取特定的高稳定度卫星、或使所有卫星零均值化的方法进行实时时间基准归算。其后，对GNSS星钟的间断历元进行内插并将内插结果用于高精度低轨卫星实时定轨定时，或高精度地面实时定位授时。 如GNSS实时星钟的原始时间基准不够稳定或发生频段跳跃，将直接影响该星钟间断其的内插效果。在实时星钟流经历复杂且各不相同的间断情况下，归算至一颗事前定义的卫星钟或采取零均值方法进归算，可能使归算的实时时间基准无法覆盖所有有效历元，甚至因不同历元参与卫星不同发生大跳。 当实时时间基不够稳定，或稳定时间基准无法覆盖所有有效历元时，取决于星钟间断时间长短，内插误差可能高达数分米，这将极大影响使用的GNSS星钟精度，并将间接影响高精度低轨卫星实时定轨定时以及高精度地面实时定位授时。 本发明要解决的技术问题拥有以下前提：1）在实时状态下仅有某机构提供的GNSS实时星钟轨道产品，无其它地面钟与星钟产品参考；2）该实时星钟产品的时间基准针对不同GNSS系统可能不同；3）该实时GNSS星钟产品不完整，每颗可能出现各不相同的复杂间断情况；4）该实时星钟产品在相应GNSS 系统下可能没有任何一颗卫星的钟差可覆盖所有有效历元。在此情况下，为稳定实时时间基准，减小GNSS实时星钟的内插误差，提出本发明中的实时时间基准归算方法，从而为高精度低轨卫星定轨定时及高精度地面实时定位授时提供保障。

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所属单位：中国科学院国家授时中心

成果简介：地球自转参数的精密测定是实现天球参考系与地球参考系之间转换的重要前提，在航天测控、深空探测、精密授时、卫星导航等领域发挥着不可或缺的重要作用。地球自转参数主要包括极移参数X_P、Y_P，以及UT1-UTC的变化。测定地球自转参数有多种手段，目前比较常见的有甚长基线干涉技术（Very Long Baseline Interfere，VLBI）、卫星激光测距技术（Satellite Laser Ranging, SLR）、星基多普勒轨道确定和无线电定位组合技术（Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite，DORIS)、以及全球卫星导航系统技术（Global Navigation Satellite System, GNSS）。其中，基于GNSS观测的地球自转参数测定技术有独特优势，得益于GNSS地面站造价相对低廉、地面站分布广、观测连续、以及如今各系统GNSS卫星数量的逐渐增多，GNSS可提供稳定例行的地球自转参数产品。该解算过程常常与GNSS卫星定轨以及其它一系列参数解算同时进行，是全球各大GNSS分析中心，包括我国的国际GNSS监测评估系统（international GNSS Monitoring & Assessment System，iGMAS）在进行GNSS全球网解算时的固定输出产品之一。 然而，由于GNSS卫星为中高轨卫星，飞行速度受到局限，相对于地球上各地面站的几何变化较慢，这不利于地球自转参数（包括UT1-UTC变化参数）的求解精度。 当前可通过多种手段测定地球自转参数，包括DORIS技术、VLBI技术、SLR技术，以及GNSS技术。其中，GNSS技术得益于地面站分布广、造价低廉、观测量大，可以提供稳定例行的地球自转参数解算。由于GNSS卫星为中高轨卫星，轨道高度高，相对地球的飞行速度较慢，与地球测站的相对几何变化慢，这不利于地球自转参数（包括UT1-UTC变化参数）的解算精度。 本发明提出在使用GNSS卫星导航信号之外，将大型低轨卫星星座的的下行导航信号（含载波相位与伪距观测）加入全球网解算，显著提高卫星数量，加快地球测站和卫星间的几何变化，提高UT1-UTC的解算精度。

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所属单位：中国科学院国家授时中心

成果简介：得益于低轨卫星高度低、速度快、造价成本低等特点，低轨增强GNSS定位导航授时拥有信号强度强、收敛时间短、多路径效应白噪化等一系列优势，在近年获得了越来越多的关注。为更好地利用低轨导航信号实现地面的高精度实时定位授时，低轨卫星的高精度实时轨道星钟成为了重要前提。而为了获得高精度低轨卫星实时轨道星钟产品，需利用低轨卫星星载GNSS观测及GNSS精密实时轨道星钟产品对低轨卫星进行实时精密定轨定时，其中，GNSS星钟需以高频的形式通过英特网或卫星信号传递给定轨处理模块，而高频实时GNSS星钟的精度很大程度决定了低轨卫星实时定轨定时的精度。同样，实时GNSS星钟的精度也是基于GNSS信号实现的地面实时精密定位授时精度的重要决定因素。 在高频GNSS星钟的生成与传输过程中，不可避免地会出现长短不同的间断，实验显示，GNSS星钟实时流即使在网络稳定的情况下，完整度也在90%至100%浮动。对于短期间断的GNSS星钟，往往采取多项式内插的方式进行填补，从而不浪费间断期间的GNSS观测，而内插的误差大小取决于星钟间断时间长短，以及该GNSS星钟在其实时时间基准下的稳定性。尽管GNSS星钟如今多使用铷钟或氢钟等高稳定度原子钟，但GNSS星钟在实时状态下的时间基准稳定度常常不够理想，其稳定度甚至弱于GNSS星钟本身的稳定度，这很大程度上影响了GNSS星钟的内插效果，并间接影响着低轨卫星实时定轨定时，或地面高精度实时定位授时。实际操作中也常采取由实时流用户选取特定的高稳定度卫星钟（如高性能铷原子卫星钟或氢原子卫星钟）进行归算，或使所有卫星零均值化的方法进行归算，然而在卫星钟实时流经历复杂且各不相同的间断情况下，归算的实时时间基准可能无法覆盖所有有效历元，或者因在不同历元的参与卫星不同发生大跳。 直接使用GNSS实时星钟产品自带的时间基准，或由实时流用户选取特定的高稳定度卫星、或使所有卫星零均值化的方法进行实时时间基准归算。其后，对GNSS星钟的间断历元进行内插并将内插结果用于高精度低轨卫星实时定轨定时，或高精度地面实时定位授时。 如GNSS实时星钟的原始时间基准不够稳定或发生频段跳跃，将直接影响该星钟间断其的内插效果。在实时星钟流经历复杂且各不相同的间断情况下，归算至一颗事前定义的卫星钟或采取零均值方法进归算，可能使归算的实时时间基准无法覆盖所有有效历元，甚至因不同历元参与卫星不同发生大跳。 当实时时间基不够稳定，或稳定时间基准无法覆盖所有有效历元时，取决于星钟间断时间长短，内插误差可能高达数分米，这将极大影响使用的GNSS星钟精度，并将间接影响高精度低轨卫星实时定轨定时以及高精度地面实时定位授时。 本发明要解决的技术问题拥有以下前提：1）在实时状态下仅有某机构提供的GNSS实时星钟轨道产品，无其它地面钟与星钟产品参考；2）该实时星钟产品的时间基准针对不同GNSS系统可能不同；3）该实时GNSS星钟产品不完整，每颗可能出现各不相同的复杂间断情况；4）该实时星钟产品在相应GNSS 系统下可能没有任何一颗卫星的钟差可覆盖所有有效历元。在此情况下，为稳定实时时间基准，减小GNSS实时星钟的内插误差，提出本发明中的实时时间基准归算方法，从而为高精度低轨卫星定轨定时及高精度地面实时定位授时提供保障。

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所属单位：中国科学院国家授时中心

成果简介：地球自转参数的精密测定是实现天球参考系与地球参考系之间转换的重要前提，在航天测控、深空探测、精密授时、卫星导航等领域发挥着不可或缺的重要作用。地球自转参数主要包括极移参数X_P、Y_P，以及UT1-UTC的变化。测定地球自转参数有多种手段，目前比较常见的有甚长基线干涉技术（Very Long Baseline Interfere，VLBI）、卫星激光测距技术（Satellite Laser Ranging, SLR）、星基多普勒轨道确定和无线电定位组合技术（Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite，DORIS)、以及全球卫星导航系统技术（Global Navigation Satellite System, GNSS）。其中，基于GNSS观测的地球自转参数测定技术有独特优势，得益于GNSS地面站造价相对低廉、地面站分布广、观测连续、以及如今各系统GNSS卫星数量的逐渐增多，GNSS可提供稳定例行的地球自转参数产品。该解算过程常常与GNSS卫星定轨以及其它一系列参数解算同时进行，是全球各大GNSS分析中心，包括我国的国际GNSS监测评估系统（international GNSS Monitoring & Assessment System，iGMAS）在进行GNSS全球网解算时的固定输出产品之一。 然而，由于GNSS卫星为中高轨卫星，飞行速度受到局限，相对于地球上各地面站的几何变化较慢，这不利于地球自转参数（包括UT1-UTC变化参数）的求解精度。 当前可通过多种手段测定地球自转参数，包括DORIS技术、VLBI技术、SLR技术，以及GNSS技术。其中，GNSS技术得益于地面站分布广、造价低廉、观测量大，可以提供稳定例行的地球自转参数解算。由于GNSS卫星为中高轨卫星，轨道高度高，相对地球的飞行速度较慢，与地球测站的相对几何变化慢，这不利于地球自转参数（包括UT1-UTC变化参数）的解算精度。 本发明提出在使用GNSS卫星导航信号之外，将大型低轨卫星星座的的下行导航信号（含载波相位与伪距观测）加入全球网解算，显著提高卫星数量，加快地球测站和卫星间的几何变化，提高UT1-UTC的解算精度。

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成果简介：基于低轨卫星星载GNSS观测及不同机构提供的实时高精度GNSS轨道星钟产品，可以近实时求解低轨卫星钟差，进而根据处理、数据传输造成的滞后时间进行短期预报，并把实时星钟产品提供给用户。实现以上步骤主要可以通过慢速与快速两种方式： 1） 慢速求解方式通常结合动力学模型与星载GNSS观测，利用批量最小二乘法对低轨卫星进行长弧段简化动力学定轨，并同时批量求解近实时星钟。该方法取得的星钟精度高，但运算耗时，致使所需预报时间长。基于GNSS方法求解的低轨卫星钟差中除钟差外还含有各类无法被尽除的系统性现象，这致使低轨卫星钟差预报难度大，较GNSS星钟预报而言损失的精度大。 2） 快速求解方式通过基于滤波方式逐历元求解低轨卫星运动学轨道及星钟。该方法运算效率高，所需预报时间短，但求解精度相对较差。 慢速与快速求解低轨卫星钟差的方式如上所述，通常为避免预报造成的损失，会采取快速求解方法，即以滤波方式高频求解星钟。但由于星钟参数与轨道参数高相关，滤波求解形式下的观测模型强度较弱，对观测质量敏感，星钟求解精度相对慢速求解方式来说较差。 本发明要解决的技术问题为：通过引入慢速求解的低轨卫星中短期预报星钟，在对其进行约束的情况下以滤波方式高频快速求解低轨卫星星钟。通过对星钟参数的外部绝对约束降低轨道与星钟参数的相关性，提高模型强度，从而提高低轨卫星星钟参数的求解精度。

所属分类：电子信息产业

所属单位：中国科学院国家授时中心

成果简介：本方法将LEO卫星星上解算的SPP结果以笛卡尔坐标的形式传回地面，在地面端进行动力学平滑。该方法有效利用了低成本星载设备；同时由于数据量小，有效减轻了星间、星地的数据传输压力；此外，该方法不仅可以平滑轨道，改善SPP精度，还可弥补短期数据缺失造成的间隙，进行轨道预报，大大提升了系统的可用及稳定性。

所属分类：电子信息产业

所属单位：中国科学院国家授时中心

成果简介：基于差分的罗兰高精度定位求解算法可以对应差分的罗兰高精度定位接收机，该产品通过接收增强型罗兰信号以及相对应的差分信息实现陆基增强型罗兰系统的高精度定位，其技术优势是能够在卫星遮挡、干扰或者拒止服务时提供定位服务，与无差分时的定位解算相比，性能指标有很大的提升。

所属分类：电子信息产业

所属单位：中国科学院国家授时中心

成果简介：时间同步方法，在同一低压变压器范围内包括1个主节点和若干节点；主节点的时间基准溯源到UTC(NTSC)，通过下行通道广播电力线授时信号，节点通过上行通道发送请求信号；电力线授时信号包括下行同步信号和下行数据调制信号；请求信号包括上行同步信号和上行数据调制信号；各节点通过捕获主节点发送的下行同步信号，实现初同步；主节点捕获各节点发送的上行同步信号，实现信道传输时延测量；各节点根据实际工作情况，选择通过解调、解码下行数据调制信号或上行数据调制信号获取相应的电文信息，进而实现高精度时间同步。本发明能够在同一低压变压器范围内，为多个用户提供可靠、安全和有效的高精度时间服务。

所属分类：电子信息产业

所属单位：中国科学院国家授时中心

成果简介：中国的空间站和欧洲的国际空间站，都搭载高精度的原子钟组，再结合两个空间站的对地微波通信链路，可以利用空间站开展两个观测站之间的高精度共视时间比对。但是空间站轨道高度较低，轨道误差对共视时间比对的影响是提升空间站共视时间比对精度的主要因素，需要找到合适的空间站轨道误差修正方法，克服由于低轨特性导致的轨道误差放大作用，将事后精密轨道误差对共视时间比对的影响控制在300皮秒以内。为了克服由于低轨特性导致的空间站轨道误差放大作用，本发明提供的轨道误差修正方法可以寻找到两站轨道误差空间相关性较高的观测点，将事后精密轨道误差对共视时间比对的影响限制在300皮秒以内，对于部分观测条件良好的测站，可以进一步减少轨道误差的影响。本发明所提的空间站共视时间比对轨道误差修正方法的实施过程主要包括两站同时可视时刻的判断、轨道误差投影系数的计算、三维轨道误差向量集合的计算、轨道误差在两站视线方向投影差集合的计算和门限判决五个部分。核心是通过上述五个部分的计算，得到轨道误差对共视时间比对结果的最大影响量，对于最大影响量超过判决门限的观测时刻进行剔除，保留下轨道误差对共视时间比对的影响小于判决门限的观测点。本发明的主要特点是通过轨道误差投影差值的计算和判决，来寻找空间站轨道误差在两个地面站空间相关性较高的观测时刻，在这些观测时刻上，轨道误差并不会因为共视时间比对的差分原理进行放大，甚至得到削弱。本方法既适用于空间站实时共视时间比对，也适用于事后共视时间比对数据的批量处理，实时和事后的数据处理方法相同。事后数据处理可以利用精密轨道，精，共视时间比对的性能更高。本发明的有益效果是：通过寻找到两测站轨道误差空间相关性较高的观测时刻，克服因为空间站的低轨特性导致的共视时间比对轨道误差的放大效应，结合共视时间比对原理对轨道误差进行修正，大大降低了轨道误差对空间站共视时间比对的影响，可以推动空间站在高精度共视时间比对领域的工程应用。

所属分类：电子信息产业

所属单位：中国科学院国家授时中心

成果简介：安全性和可靠性。卫星导航系统保持有自己的系统时间，且通过协调世界时（Universal Time Coordinated，UTC）的不同物理实现溯源至UTC，因此不同导航系统之间存在系统时间偏差，该偏差值大约在几纳秒到几十纳秒的范围。对于多系统组合定位与授时等应用，系统时间偏差是必须要考虑的因素，同时也是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）兼容互操作的主要内容。目前获取GNSS时间偏差的主要方法有2种，方法1是在卫星导航系统层面监测，即在导航系统地面系统时间保持中心的之间建立卫星双向时间比对链路或GNSS时间比对链路，直接获得不同GNSS时间之间的偏差。方法2是通过接收GNSS空中信号，获取伪码观测值，从中扣除各项传输路径延迟，间接获得GNSS时间偏差。第一种监测方法只能在卫星导航系统的地面时间保持中心实施，且需要彼此间交换数据。第二种监测方法不受监测地点的限制，也不需要数据交互的支撑，单站监测即可实现，但是该方法受限于伪码测量精度，只能实现约5ns的监测精度，且监测结果存在明显的周日变化。从监测数据的短期变化来看，由该监测方法引入的监测误差掩盖了系统时间偏差的真实变化。发明相对于现有的GNSS系统时差监测技术，具有精度高和实施灵活的优点。目前第三方机构提供的精密星历与钟差产品文件或实时数据流只能获得卫星与产品时间参考的偏差，不能建立与GNSS系统时间的关系。随着卫星导航系统的不断升级，目前卫星导航系统的用户测距精度已优于1m。使用导航系统广播的星钟参数可以得到卫星与系统时间的偏差，结合接收机输出的伪距和载波相位观测值，可以实现GNSS系统时间偏差的高精度的监测。不需要额外的第三方数据支撑，对网络资源无要求。本发明采用GNSS监测接收机获得多个卫星导航系统的观测数据和导航电文，基于实时精密单点定位算法实时解算卫星导航系统之间的系统时间偏差，从而提高了导航系统时间偏差监测的准确性，解决了多个卫星导航系统由于存在系统时间偏差导致的兼容互操作问题。相比于现有的方法1，本发明方法更为灵活，不要求监测地点部署在卫星导航系统的地面时间保持中心，对监测条件的要求更为宽松，只需要稳定的时间频率参考信号作为输入。此外，本发明方法只需在一个地点部署高性能GNSS监测接收机开展监测即可，不要求2个及以上的站点同时部署，也不需要数据交换。相比于现有的方法2，本发明方法实现的GNSS系统时间偏差监测精度更高，不仅使用了伪距观测量（测量精度约3m），还使用了测距精度更高的载波相位观测量（测量精度2.9cm），并且误差改正更为精细。基于伪码的监测方法2直接采用模型改正对流层延迟，本发明给出的方法中干分量采用模型改正，对难以模型化的湿分量作为未知参数与钟差同时估计。此外，本发明方法还进行了固体潮改正，相位缠绕误差改正。

所属分类：电子信息产业

所属单位：重庆市地质矿产勘查开发局107地质队

成果简介：开展基于三峡库区消落带生态与危岩地质监测预警及应用，减小由库区水位涨落及环境污染、生态系统破坏等带来的风险，实现库区地质灾害的有效防治。