利用太空中的GNSS系统和地面观测数据进行近地轨道（LEO）导航信号的时间同步，及其对基于LEO技术的精确定位系统的影响

《Advances in Space Research》：Time synchronization for LEO navigation signals using space-borne GNSS and ground observations and its impact on LEO-augmented precise positioning

　　

李文文|赵启乐|常春涛|雷卓|李敏|黄腾达|杨强文

摘要

精确的时钟偏移对于卫星导航系统至关重要，尤其是对于新兴的低地球轨道（LEO）增强系统。为了解决LEO发射机的时钟偏移问题，并将LEO卫星上的时间与全球导航卫星系统（GNSS）的时间尺度对齐，LEO增强卫星利用空间搭载的GNSS技术来校准其自身的时钟，从而生成导航信号。然而，这种方法受到空间GNSS接收机与导航传输载荷之间不可忽视的硬件时间延迟的影响，导致卫星间的时间同步误差需要校准。基于从两颗LEO导航卫星收集的实际观测数据，我们提出了一种LEO时钟估计方法，并构建了一个随机游走模型来校准这种硬件时间延迟。使用该方法，我们发现两颗LEO卫星之间的时间同步误差约为20毫秒。进一步研究这种同步误差对LEO增强精确点定位（PPP）性能的影响。如果不考虑这一误差，结合两颗LEO卫星的测量数据，LEO增强PPP的精度和收敛时间平均分别会低估12.4%和19.5%。随后，我们评估了在考虑LEO时间同步以及不同GNSS组合（包括GPS、BDS和Galileo）的情况下LEO增强PPP的性能。在加入两颗LEO卫星后，单GNSS、双GNSS和三GNSS解决方案的静态PPP收敛时间分别从34.2分钟、19.7分钟和14.5分钟显著缩短至9.2分钟、6.8分钟和5.9分钟，分别提高了73.1%、65.5%和59.3%。同样，运动学PPP也显示出类似的性能提升，分别提高了71.6%、70.0%和67.2%。