GNSS多系统RTK授时性能分析.pdf

第1 0卷 第3期2 0 2 3年5月导航定位与授时N a v i g a t i o nP o s i t i o n i n ga n dT i m i n gV o l.1 0N o.3M a y2 0 2 3d o i:1 0.1 9 3 0 6/j.c n k i.2 0 9 5-8 1 1 0.2 0 2 3.0 3.0 0 5G N S S多系统R T K授时性能分析刘嘉伟1,2,4,孙保琪1,2,4,韩 蕊1,2,3,张 喆1,2,4,王 侃1,2,4,袁海波1,4,杨旭海1,2,4(1.中国科学院国家授时中心,西安7 1 0 6 0 0;2.中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室,西安7 1 0 6 0 0;3.山东理工大学建筑工程学院,山东 淄博2 5 5 0 4 9;4.中国科学院大学,北京1 0 0 0 4 9)摘 要:R T K授时不依赖实时精密星历,精度高、实现简单,在短距离精密授时与时间同步中具有突出的应用潜力。针对城域环境下单系统R T K授时可能面临可用卫星数量较少、收敛时间较长等问题,验证分析了GN S S多系统R T K授时性能。基于中国科学院国家授时中心时间频率资源和3个GN S S跟踪站的B D S-3、G P S和G a l i l e o观测数据开展多系统R T K授时试验,涉及动态、静态和固定站坐标3种模式,并从授时精度、收敛时间和稳定度3个方面展开分析。两条基线的试验结果表明:与光纤双向时间频率传递结果相比,动态模式下,多系统单频授时差异S T D较G P S单系统分别提高9.1 3%和9.0 1%,静态模式分别提高6.0 9%和1 1.7 6%,固定站坐标模式分别提高3.0 4%和5.7 9%,多系统单频R T K授时的授时结果差异S T D优于0.2 5n s,双频优于0.1 5n s;多系统融合使得R T K授时的收敛时间与G P S单系统相比至少缩短2 5%以上,静态模式下双频R T K收敛时间缩短最多,两条基线分别缩短6 6.9%和6 7.8%;3种模式多系统站间钟差的万秒稳均进入1 0-1 5量级,动态模式和静态模式下短期稳定度相比G P S单系统有明显改善,但随着平均时间的增长,这种改善也在逐渐减弱。试验结果可为城域环境下GN S S多系统R T K授时的应用推广提供一定的参考。关键词:实时动态;站间单差;GN S S多系统;收敛时间;稳定度中图分类号:V 1 1 文献标志码:A 文章编号:2 0 9 5-8 1 1 0(2 0 2 3)0 3-0 0 4 9-1 0P e r f o r m a n c e a n a l y s i s o fm u l t i-G N S Sr e a l-t i m ek i n e m a t i c t i m i n gL I UJ i a w e i1,2,4,S UNB a o q i1,2,4,HANR u i1,2,3,Z HAN GZ h e1,2,4,WAN GK a n1,2,4,YUAN H a i b o1,4,YANGX u h a i1,2,4(1.N a t i o n a lT i m eS e r v i c eC e n t e r,C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s,X i a n7 1 0 6 0 0,C h i n a;2.K e yL a b o r a t o r yo fP r e c i s eP o s i t i o n i n ga n dT i m i n gT e c h n o l o g y,C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s,X i a n7 1 0 6 0 0,C h i n a;3.S c h o o l o fC i v i l a n dA r c h i t e c t u r a lE n g i n e e r i n g,S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,Z i b o,S h a n d o n g2 5 5 0 4 9,C h i n a;4.U n i v e r s i t yo fC h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s,B e i j i n g1 0 0 0 4 9,C h i n a)A b s t r a c t:R e a l-t i m ek i n e m a t i c(R T K)t i m i n g,w h i c hd o e sn o td e p e n do nr e a l-t i m ep r e c i s ee p h e m e r-i s,h a sh i g ha c c u r a c y,s i m p l e i m p l e m e n t a t i o n,a n do u t s t a n d i n ga p p l i c a t i o np o t e n t i a l i ns h o r t-d i s t a n c ep r e c i s e t i m i n ga n dt i m e s y n c h r o n i z a t i o n.T h ep e r f o r m a n c eo fm u l t i-GN S SR T Ki sv a l i d a t e da n da n-收稿日期:2 0 2 2-0 9-1 5;修订日期:2 0 2 2-1 0-2 5基金项目:国家自然科学基金面上资助项目(1 2 0 7 3 0 3 4);国家科技基础条件平台项目-国家空间科学数据中心;陕西省重点研发计划资助项(2 0 2 2 KW-2 9,2 0 2 2 G Y-0 9 9);中国科学院国家授时中心人才资助项目(E 1 6 7 S C 1 4)作者简介:刘嘉伟(1 9 9 8-),男,硕士研究生,主要从事G N S S精密数据处理方面的研究。通信作者:孙保琪(1 9 7 9-),男,研究员,主要从事GN S S精密定轨定位与授时方面的研究。导航定位与授时2 0 2 3年5月a l y z e df o r t h ep r o b l e m so f l o n gc o n v e r g e n c e t i m ea n ds m a l l n u m b e ro f a v a i l a b l es a t e l l i t e s t h a t s i n-g l es y s t e mR T Kt i m i n gm a yc o n f r o n tw i t hi nm e t r o p o l i t a ne n v i r o n m e n t.B a s e do nt h et i m ea n df r e q u e n c yr e s o u r c e so f t h eN a t i o n a lT i m eS e r v i c eC e n t e ro fC h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e sa n dt h eo b s e r v a t i o nd a t ao fB D S-3,G P Sa n dG a l i l e of r o mt h r e eGN S St r a c k i n gs t a t i o n s,t h em u l t i-s y s t e mR T Kt i m es e r v i c ee x p e r i m e n t i sc a r r i e do u t,i n v o l v i n gd y n a m i c,s t a t i ca n df i x e ds t a t i o nc o o r d i n a t em o d e s,a n da n a l y z e df r o ma s p e c t so f t i m i n ga c c u r a c y,c o n v e r g e n c et i m ea n ds t a b i l i t y.T h er e s u l t so f t h e t w ob a s e l i n et e s t ss h o wt h a t,c o m p a r e dw i t ht h er e s u l to fo p t i c a l f i b r et w o-w a yt i m e-f r e-q u e n c yt r a n s f e r,t h ea c c u r a c yo fm u l t i-GN S Ss i n g l e-f r e q u e n c y t i m i n g i s 9.1 3%a n d9.0 1%i nk i n e-m a t i cm o d e,h i g h e rt h a nt h a to fG P S-o n l ys y s t e m,6.0 9%a n d1 1.7 6%h i g h e ri ns t a t i cm o d e,3.0 4%a n d5.7 9%h i g h e r i n f i x e d-s t a t i o nc o o r d i n a t em o d e.F o rm u l t i-GN S Ss y s t e m,t h ed i f f e r e n c eS T Do f s i n g l e-f r e q u e n c yR T Kt i m i n gi sb e t t e rt h a n0.2 5n s,a n dt h a to fd u a l-f r e q u e n c yt i m i n gi sb e t t e r t h a n0.1 5 n s.T h e c o n v e r g e n c e t i m eo fm u l t i-GN S SR T Kt i m i n g i s a t l e a s t 2 5%s h o r t e r t h a nt h a to fG P S-o n l ys y s t e m.T h e c o n v e r g e n c e t i m eo f d u a l-f r e q u e n c yR T Ki ns t a t i cm o d e f o r t h e t w ob a s e l i n e sa r es h o r t e n e db y6 6.9%a n d6 7.8%,r e s p e c t i v e l y.T h e1 00 0 0ss t a b i l i t yo ft h ec l o c kd i f f e r e n c eb e t w e e nm u l t i-s y s t e ms t a t i o n si n3m o d e sa l le n t e r sE-1 5 m a g n i t u d e.S h o r t-t e r mf r e-q u e n c ys t a b i l i t y i nk i n e m a t i cm o d ea n ds t a t i cm o d e i ss i g n i f i c a n t l yi m p r o v e dc o m p a r e dw i t hG P S-o n l ys y s t e m,b u t t h i s i m p r o v e m e n t i sg r a d u a l l yw e a k e n i n gw i t ht h e i n c r e a s eo fa v e r a g et i m e.T h et e s t r e s u l t s c a np r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h e a p p l i c a t i o no fGN S Sm u l t i-s y s t e mR T Kt i m e s e r v i c e i nu r-b a ne n v i r o n m e n t.K e yw o r d s:R e a l-t i m ek i n e m a t i c;S i n g l ed i f f e r e n c eb e t w e e ns t a t i o n s;M u l t i-GN S S;C o n v e r g e n c et i m e;S t a b i l i t y0 引言时间是7个基本物理量之一,也是目前测量精度最高的物理量。高精度时间传递在国防建设和经济社会的运行中起着基础性的支撑作用,是现代社会正常运行的基本保障之一1-3。目前光纤双向授时手段时间传递不确定度可达1 0 0p s量级3,但其设备成本和技术要求较高,并且受到光缆覆盖范围的限制。随着全 球 导 航 卫 星 系 统(g l o b a ln a v i g a t i o ns a t e l l i t es y s t e m,G N S S)的发展与完善,卫星授时的精度目前可达n s量级,因其具有全球覆盖、全天候、全天时、低成本、高精度等特点,也成为应用最广泛的授时手段之一。随着科学技术和社会经济的不断发展,5 G移动通信、物联网等领域对卫星授时提出了更高精度、更低成本的需求4。精密单点定位技术(p r e c i s ep o i n tp o s i t i o n i n g,P P P)可以实现亚纳秒量级的授时精度,虽不受基线长度的限制,但严重依赖实时精密卫星轨道和归算到标准时间的卫星钟差产品。除此之外,P P P解算还需要进行复杂的系统误差改正和参数估计等5,具有较高的技术门槛。对于城域范围内短距离高精度时间用户,基于实时动态定位(r e a l-t i m ek i n e-m a t i c,R T K)的思想,可以有效解决P P P时间传递较高技术门槛和计算资源成本的问题。R T K授时的核心是将R T K定位技术应用到授时中,流动站通过通信链路实时接收基准站的观测数据,并与本站的观测数据形成一次差分,从而求解流动站与基准站的相对钟差。当基准站外接授时实验室标准时间频率信号UT C(k)时,R T K授时解算的钟差即为流动站的站钟相对于标准时间的相对钟差6-7,从而达到授时的目的。近年来,伴随着移动通信技术的蓬勃发展,有关R T K授时技术的研究逐渐增多。冯延明等人在2 0 1 0年提出了同时解算接收机位置和相对钟差的4 D R T K数学模型并进行了性能分析8。2 0 2 1年董孝松等人以G P S(g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m)为例,基于2个月观测数据分析了短基线R T K授时性能,试验表明G N S SR T K授时精度能够达到亚纳秒量级5。北斗三号全球导航卫星系统(B e i D o u-3n a v i g a t i o ns a t e l l i t es y s t e m,B D S-3)正式开通运行,2 0 2 1年孙保琪等人基于B D S-3新体制信号开展了短基线、零基线R T K授时试验,结果表明短基线授时精度优于0.2n s,站间05 第3期GN S S多系统R T K授时性能分析钟差的频率稳定度万秒稳在1 0-1 5量级;零基线授时精度可达0.0 2n s,万秒稳在1 0-1 6量级6。另有文献9-1 2 研究了基于载波相位差分定位技术的时间传递。然而R T K授时技术主要面向城域范围内的时间用户。在城市环境下,高楼大厦对G N S S信号的遮挡比较严重,当用户接收机接收的卫星数量较少或卫星空间几何结构较差时将会影响授时解算结果。随着全球卫星导航系统的迅猛发展,继美国的G P S、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(g l o b a ln a v i g a t i o ns a t-e l l i t e s y s t e m,G L O N A S S)后,欧盟正在开发的伽利略卫星导航 系统(G a l i l e os a t e l l i t en a v i g a-t i o ns y s t e m,G a l i l e o),我国已全面建成的B D S-3,为城域环境下G N S S多系统融合增加可观测卫星数目、改善卫星空间几何结构提供了保证1 3-1 4。目前有关R T K授时的研究主要是基于G P S和B D S-3等 单 系 统 开 展 的,有 关G N S S多 系 统 融 合R T K授时的 研 究 还 鲜 有 报 导。为 了 更 好 地 验 证G N S S多系统融合R T K授时的性能,提高城域环境下的可靠性,本文首先给出多系统R T K授时的观测方程,其次利用中国科学院国家授时中心(N a t i o n a lT i m eS e r v i c eC e n t e r,N T S C)的时频资源,基于G P S、B D S-3和G a l i l e o的观测数据开展G N S S多系统融合R T K授时试验,从授时精度、收敛时间和稳定度3个方面展开分析。1 M u l t i-G N S SR T K授时原理及数学模型R T K授时原理与R T K定位相似,其原理为用户接收机通过通信链路实时接收基准站的伪距和载波相位观测数据,与用户接收机形成站间一次差分,解算用户接收机钟差与用户的三维坐标等。当两测站相距不远时,电离层延迟和对流层折射的影响具有很强的相关性,因而站间单差可消除大部分大气折射误差的影响。多系统R T K授时以G P S系统钟差为基准,分 别 引 入 其 他 系 统 与G P S的 系 统 间 偏 差1 4(i n t e r-s y s t e mb i a s,I S B),观测方程可表示为PG,ki,j(t)=G,ki,j(t)+c G,ki,j(t)+PG,ki,jPM,ki,j(t)=M,ki,j(t)+c G,ki,j(t)+PM,ki,j+I S BMGLG,ki,j(t)=G,ki,j(t)+c G,ki,j(t)+NG,ki,j+LG,ki,jLM,ki,j(t)=M,ki,j(t)+c G,ki,j(t)+NM,ki,j+LM,ki,j+I S BMGI S BMG=M,ki,j(t)-G,ki,j(t)式中,i表示基准站接收机,j表示用户接收机,k表示导航卫星,PM,ki,j为单差码伪距观测值,LM,ki,j为单差载波相位观测值,M,ki,j为几何距离项,c为真空光速,M,ki,j为用户与基准站之间的相对钟差(包含接收机端码伪距硬件延迟),NM,ki,j为单差载波相位模糊度(包含接收机端载波相位和码伪距硬件延迟之差),PM,ki,j和LM,ki,j分别为测量噪声,I S BMG表示站间单差的系统间偏差,M表示G P S以外的其他G N S S系统。R T K授时的参数估计采用扩展卡尔曼滤波的方式进行。对上述观测方程及状态方程线性化后可得Xk=k,k-1Xk-1+Wk-1Zk=HkXk+Vk上式中,Xk为状态向量;k,k-1为状态转移矩阵;Zk为线性化后的观测值向量;Hk为设计矩阵;Wk-1为过程噪声向量;Vk为观测噪声向量;记过程噪声向量的方差为Qk;记观测噪声的方差为Rk。状态向量的最优估计值Xk及其方差-协方差Pk为Xk=Xk/k-1+Kk(Zk-HkXk/k-1)Pk=(I-KkHk)Pk/k-1其中增益矩阵Kk为Kk=Pk/k-1HTk(HkPk/k-1HTk+Rk)-1预测值Xk/k-1及其方差-协方差Pk/k-1为Xk/k-1=k/k-1Xk-1Pk/k-1=k/k-1Pk-1Tk/k-1+Qk动态或静态模式下,R T K授时中状态向量参数估计包括接收机三维坐标、相对钟差和载波相位模糊度。其中根据流动站接收机动态性能的不同,接收机位置参数可设置为动态、静态参数,分别对应不同的状态转移矩阵。如果还引入流动站的三维坐标参数,此时为固定站坐标模式,对应的参数估计只包括相对钟差和载波相位模糊度。2 试验平台与策略2.1 试验平台依托中国科学院国家授时中心临潼本部和西安场区时间频率资源,建立由两条基线(长度为3 2.8 5k m)S E 2 2-S E P T和X I A 6-S E P T组成的R T K授时试验平台(图1)。西安场区时间实验室作为时间基准站,主钟为一台高性能被动型氢原子钟,通过光纤双向时间频率传递链路实时驾驭到UT C(NT S C)。S E P T为时间基准站北斗/GN S S接收机,外接氢原子钟1 0MH z和1 P P S信号。X I A 6和S E 2 2位于临15 导航定位与授时2 0 2 3年5月潼本部测定轨大厅,均外接UT C(NT S C)1 0 MH z和1 P P S信号,且共用同一接收机天线。三台接收机的型号均为S e p t e n t r i oP o l a R x 5 T R,天线型号为S E P CHOK E_B 3 E 6。时间基准站原子钟与UT C(NT S C)之间通过光纤双向时间 频率传递技 术1 5(t w o-w a yo p t i c a lt i m ea n d f r e q u e n c y t r a n s f e r,TWOT F)进行实时比对,比对结果采样率为1 H z。根据比对结果,采用调频的 方 式 将 时 间 基 准 站 原 子 钟 驾 驭 到UT C(NT S C)。本文中将光纤双向时间频率传递的时间比对结果作为短基线R T K授时的精度评估标准。另外文中目前对R T K授时只解算了用户相对于标准时间的时间偏差,没有根据解算的时间偏差对用户时钟进行驾驭。图1 R T K授时试验平台F i g.1 R T Kt i m i n g t e s tp l a t f o r m2.2 试验策略基于改编的R T K L I B软件1 6,分别以S E 2 2、X I A 6为流动站,S E P T为基准站开展短基线多系统单频和双频R T K授时试验,涉及动态(k i n e m a t i c)、静态(s t a t i c)、固定站坐标(f i x e d)3种授时模式(动态模式指接收机处于运动状态,即接收机的位置在发生变化;静态模式指接收机处于静止状态,即接收机的位置不发生变化,但位置坐标未知;固定站坐标模式指接收机处于静止状态且位置坐标已知)。实际试验时3种模式的流动站均静态安置。其中单频利用G P SL 1、B D S-3B 1 C、G a l i l e oE 1的观测值,双频利用L 1/L 2、B 1 C/B 2 a、E 1/E 5 b观测值组合,观测数据时段为2 0 2 1年4月1 9日2 0 2 1年4月3 0日。详细解算设置如表1所示,其中截止高度角设置为1 5,在保证观测卫星数量的同时降低多路径效应带来的干扰。3 结果与分析3.1 可见卫星数图2给出截止高度角为1 5 时,试验时段两条基线G P S、B D S-3、G a l i l e o的 可 见 卫 星 数,G P S与B D S-3的平均可见卫星数为8个,G a l i l e o的平均可见卫星数为5个,三系统可见卫星总数在2 2个左右。相比于G P S单系统,多系统融合显著增加了可观测卫星的数量,这也使得整个GN S S的可靠性和可用性得到提高。25 第3期GN S S多系统R T K授时性能分析表1 R T K授时解算策略T a b.1 R T Kt i m i n g s o l u t i o ns t r a t e g y选项设置解算模式k i n e m a t i c/s t a t i c/f i x e d观测值站间单差码伪距和载波相位卫星轨道、钟差广播星历电离层延迟改正单频广播星历修正/双频消电离层组合对流层延迟改正S a a s t a m o i n e n模型P C O、P C Vi g s 1 4.a t x参数估计扩展卡尔曼滤波截止高度角1 5 观测值采样间隔3 0s图2 可见卫星数F i g.2 N u m b e ro fv i s i b l e s a t e l l i t e s3.2 多系统R T K授时结果图3和图4给出了S E 2 2单频和双频G P S(a)、多系统(b)R T K授时结果,X I A 6的结果与S E 2 2类似,由于篇幅原因不再展示。因为信号传输电缆较长,且经过多级频分、脉分设备,S E P T与S E 2 2两接收机外接时间信号的延迟在7 0 0n s左右。三系统融合1 2天的授时结果均比较连续平稳。不考虑收敛过程,单频R T K授时静态和固定站坐标模式下峰峰值偏差约在1n s,动态模式下峰峰值偏差约在2n s;双频R T K授时三种模式的峰峰值偏差均在1n s。动态、静态和固定站坐标3种模式的结果趋势符合性较好,但由于每个历元解算一组坐标参数,动态模式的结果噪声最大,固定站坐标模式的收敛时间最短。动态模式下多系统R T K授时结果与G P S单系统相比,钟差起伏更小;动态模式下双频R T K授时结果的噪声明显小于单频R T K授时。(a)G P S单系统(b)M u l t i-G N S S图3 S E 2 2单频R T K授时结果F i g.3 S E 2 2s i n g l e-f r e q u e n c yR T Kt i m i n gr e s u l t s(a)G P S单系统(b)M u l t i-G N S S图4 S E 2 2双频R T K授时结果F i g.4 S E 2 2D u a l-f r e q u e n c yR T Kt i m i n gr e s u l t35 导航定位与授时2 0 2 3年5月3.3 系统间偏差多系统R T K授时的站间单差I S B可以间接表征基准站与流动站接收机设备时延的一致性情况,后文中提到的I S B均指站间单差的I S B。通过对站间钟差进行单历元求解,分别得到B D S-3、G a l i l e o与G P S的I S B,并对1 2d内的I S B变化进行分析。以单频R T K授时为例,图5和图6分别为2 0 2 1年4月1 9日3 0日S E 2 2-S E P T与X I A 6-S E P T基线的I S B时间序列。表2给出了这些I S B的统计信息,包括均值(ME AN)和标准偏差(S T D)。从这些结果中可以看出,3种模式下两条基线的I S B均趋近于0,标准偏差均小于0.1n s。因为S E P T、S E 2 2和X I A 6的接收机类型相同,且所处环境的温度差别很小,由此可以看出这3台接收机设备时延的一致性比较好。相比B D S-3,G a l i l e o与G P S的I S B均值更小,这可能得益于G a l i l e o卫星较高质量的信号特点。由于试验中两条基线的I S B具有较高稳定性,后续可进行建模处理。(a)B D S-3(b)G a l i l e o图5 S E 2 2-S E P T基线B D S-3、G a l i l e o与G P S的系统间偏差F i g.5 I n t e r s y s t e mb i a sb e t w e e nS E 2 2-S E P Tb a s e l i n eB D S-3,G a l i l e oa n dG P S(a)B D S-3(b)G a l i l e o图6 X I A 6-S E P T基线B D S-3、G a l i l e o与G P S的系统间偏差F i g.6 S y s t e m a t i cd e v i a t i o nb e t w e e nX I A 6-S E P Tb a s e l i n eB D S-3,G a l i l e oa n dG P S表2 I S B统计信息T a b.2 I S BS t a t i s t i c sn sB a s e l i n eMO D EI S B(B D S 3-G P S)I S B(GA L-G P S)ME ANS T DME ANS T DS E 2 2-S E P TK i n e m a t i c0.0 9 10.0 7 700.0 5 8S t a t i c0.1 0 70.0 7 30.0 7 60.0 7 3F i x e d0.1 1 70.0 6 60.0 1 50.0 7 0X I A 6-S E P TK i n e m a t i c0.1 0 90.0 7 70.0 1 30.0 5 7S t a t i c0.1 2 60.0 7 70.0 8 90.0 7 4F i x e d0.0 3 50.0 7 00.0 2 80.0 7 13.4 授时精度试验平台临潼-西安两地钟房之间部署了光纤双向 时 间 频 率 传 递 设 备,时 间 传 递 精 度 优 于1 0 0p s1 5,以此作为参考,评估R T K授时的精度。图7给出了2 0 2 1年第1 0 9天2 0 2 1年第1 1 4天共6d的光纤双向时间频率传递结果。从图7中可以看出,时间基准站原子钟与U T C(N T S C)时间偏差峰峰值小于0.6n s,大部分时段在0.2n s以内,标准偏差为0.0 7n s,这表明时间基准站原子钟能够以较高的精准度实时驾驭到标准时间。图7 光纤双向时间频率传递结果F i g.7 O p t i c a l f i b r e t w o-w a y t i m e-f r e q u e n c y t r a n s f e rr e s u l t s45 第3期GN S S多系统R T K授时性能分析因篇幅原因仅给出S E 2 2单频和双频R T K授时结果与光纤双向时间传递结果的差异(图8和图9),其中(a)代表G P S单系统,(b)代表多系统。从授时差异图中可以看出,两种授时方式的差值存在一个-7 0 8n s的绝对误差,这主要是因为R T K授时中S E P T与S E 2 2两接收机外接时间信号的延迟所造成的;不考虑收敛过程情况下单频动态模式峰峰值差异小于2n s,单频静态、固定站坐标模式以及双频3种模式峰峰值差异均小于1n s。表3给出了两条基线两种授时结果差异的标准偏差,同时计算了多系统R T K授时与TWO T F T差异标准偏差相比G P S单系统减少的百分比。动态模式下,两条基线单频多系统授时 精 度 相 比G P S单 系 统 分 别 提 高9.1 3%和9.0 1%,静态模式分别提高6.0 9%和1 1.7 6%,固定站 坐 标 模 式 分 别 提 高3.0 4%和5.7 9%;双 频 多(a)G P S单系统(b)M u l t i-G N S S图8 S E 2 2单频R T K授时与光纤双向时间频率传递结果差异F i g.8 D i f f e r e n c e sb e t w e e nS E 2 2s i n g l e-f r e q u e n c yR T Ka n do p t i c a l f i b r e t w o-w a y t i m e-f r e q u e n c y t r a n s f e r(a)G P S单系统(b)M u l t i-G N S S图9 S E 2 2双频R T K授时与光纤双向时间频率传递差异F i g.9 D i f f e r e n c e sb e t w e e nS E 2 2d u a l-f r e q u e n c yR T Kt i m i n ga n do p t i c a l f i b r e t w o-w a y t i m e-f r e q u e n c y t r a n s m i s s i o n系统动态模式授时精度分别提高2.9 2%和3.0 1%,静态模式分别提高4.6 5%和2.4 1%,固定站坐标模式几乎没有改进。与光纤双向时间传递相比,单频R T K授时结果差异S T D优于0.2 5n s,双频优于0.1 5n s。与G P S单系统相比,多系统单频R T K授时精度改进较双频更为明显。3.5 收敛时间分析为量化动态模式和静态模式下多系统R T K授时相比G P S单系统收敛时间缩短的程度,依据流动站的精密坐标,以流动站三维坐标收敛时间间接表征授时收敛时间,规定收敛时间为解算三维方向定位误差小于1d m并保持至少1 0个历元所需要的时间1 7。最终以1 2d收敛时间的平均值作为最终的收敛时间,并计算了多系统R T K授时相比G P S单系统收敛时 间缩短的百 分 比,如 表4和 图1 0所示。55 导航定位与授时2 0 2 3年5月表3 R T K授时与TWO T F T差异标准偏差T a b.3 S t a n d a r dd e v i a t i o no fd i f f e r e n c eb e t w e e nR T Kt i m i n ga n dTWO T F TR o v e rT i m i n gm o d eS i n g l e-f r e q u e n c yS T D/n sG P SM u l t i-GN S SM u l t i-GN S S相比G P S减小的百分比/%D u a l-f r e q u e n c yS T D/n sG P SM u l t i-GN S SM u l t i-GN S S相比G P S减小的百分比/%S E 2 2K i n e m a t i c0.2 3 00.2 0 99.1 30.1 3 70.1 3 32.9 2S t a t i c0.1 1 70.1 0 36.0 90.0 8 60.0 8 24.6 5F i x e d0.1 1 90.1 1 23.0 40.0 9 60.0 9 51.0 4X I A 6K i n e m a t i c0.2 3 30.2 1 29.0 10.1 3 30.1 2 93.0 1S t a t i c0.1 1 90.1 0 51 1.7 60.0 8 30.0 8 12.4 1F i x e d0.1 2 10.1 1 45.7 90.0 9 00.0 9 00表4 R T K授时的收敛时间T a b.4 C o n v e r g e n c e t i m eo fR T Kt i m i n gR o v e rM o d e收敛时间/m i nG P SM u l t i-GN S S缩短的百分比/%S E 2 2S i n g l eD o u b l eK i n e m a t i c3 2.7 51 9.6 74 9.1S t a t i c2 5.6 31 7.5 43 1.6K i n e m a t i c2 0.4 21 4.52 9.0S t a t i c3 4.1 31 1.2 96 6.9X I A 6S i n g l eD o u b l eK i n e m a t i c3 2.6 31 8.9 64 1.9S t a t i c2 5.8 31 7.4 63 2.4K i n e m a t i c2 0.2 91 4.52 8.5S t a t i c3 5.3 31 1