BDS-3多種授時(shí)方法精度試驗(yàn)及比較分析

劉 利，王冬霞，劉治君，張?zhí)鞓?/p>

(中國人民解放軍32021部隊(duì)，北京 100094)

0 引言

衛(wèi)星導(dǎo)航定位授時(shí)的基本原理是利用衛(wèi)星發(fā)播的已知軌道與衛(wèi)星鐘差來確定用戶的三維位置和一維鐘差。從本質(zhì)上看，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)全天候、大范圍、高精度的時(shí)間空間信息服務(wù)系統(tǒng)。2020年7月31日，我國自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行的北斗三號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System，BDS-3)正式開通，向廣大用戶提供衛(wèi)星無線電導(dǎo)航服務(wù)(Radio Navigation Satellite Service，RNSS)、區(qū)域短報(bào)文通信(Regional Short Message Communication，RSMC)又稱衛(wèi)星無線電測定服務(wù)(Radio Determin-ation Satellite Service，RDSS)、全球短報(bào)文通信(Glo-bal Short Message Communication，GSMC)、星基增強(qiáng)服務(wù)(Satellite-Based Augmentation Service，SBAS)、精密單點(diǎn)定位(Precise Point Positioning，PPP)和搜救(Search and Rescue，SAR)等多種服務(wù)[1-2]，使BDS-3成為世界上服務(wù)類型最多的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。根據(jù)不同授時(shí)服務(wù)模式，BDS-3共包括RNSS、SBAS、RDSS單向和RDSS雙向等主要授時(shí)方法。各類授時(shí)服務(wù)規(guī)劃如表1所示[1-3]。

表1 BDS-3授時(shí)服務(wù)規(guī)劃

與國外衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相比，BDS具有很多自身的特點(diǎn)：1)在服務(wù)模式上，BDS除提供RNSS服務(wù)外，還同時(shí)向中國及周邊地區(qū)用戶提供RDSS、SBAS和PPP服務(wù)[1-2]。2)在發(fā)播信號上，BDS衛(wèi)星同時(shí)發(fā)播B1、B2和B3這3個(gè)頻點(diǎn)信號，每個(gè)信號上均發(fā)播自己的導(dǎo)航電文信息，用戶可獨(dú)立或組合使用各個(gè)信號[1-2]。3)在星座構(gòu)成上，BDS采用了地球靜止軌道(Geostationary Earth Orbit, GEO)、地球傾斜同步軌道和中圓地球軌道衛(wèi)星構(gòu)成的混合星座，特別是GEO衛(wèi)星的靜地特性，使得偽距觀測量的多路徑誤差較大，并且GEO衛(wèi)星星歷需要進(jìn)行5°傾角轉(zhuǎn)換。4)在時(shí)空基準(zhǔn)上，BDS早期的用戶接口控制文件明確采用北斗時(shí)(BeiDou Time，BDT)和2000國家大地坐標(biāo)系(China Geodetic Coordinate System 2000, CGCS 2000)作為時(shí)間、空間參考基準(zhǔn)，最新的用戶接口控制文件全部修改為以BDT和北斗坐標(biāo)系(BeiDou Coordinate System, BDCS)作為時(shí)間、空間參考基準(zhǔn)。BDT是一種連續(xù)的原子時(shí)系統(tǒng)，時(shí)間起點(diǎn)為協(xié)調(diào)世界時(shí)2006年1月1日00：00：00，比國際原子時(shí)慢33s，比全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)時(shí)慢14s。在BDS的RNSS服務(wù)中，BDT以整周計(jì)數(shù)和周內(nèi)秒計(jì)數(shù)表示，整周計(jì)數(shù)不超過8192；在RDSS服務(wù)中，BDT以整年計(jì)數(shù)和年內(nèi)分鐘計(jì)數(shù)表示。BDCS定義與CGCS2000一致，均符合國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)規(guī)范，兩者差異僅是參考框架點(diǎn)、維持方法與更新周期的不同。5)在基本導(dǎo)航電文定義上，BDS的硬件延遲參考點(diǎn)為B3頻點(diǎn)相位中心，群時(shí)間延遲定義為B1或B2頻點(diǎn)相對B3頻點(diǎn)的延遲，電離層延遲模型參數(shù)采用實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算，8參數(shù)和14參數(shù)的引數(shù)為地理緯度，9參數(shù)的引數(shù)為地磁緯度[4]。6)在星基增強(qiáng)電文定義上，BDS一體化發(fā)播了衛(wèi)星軌道改正數(shù)、衛(wèi)星鐘差改正數(shù)和格網(wǎng)電離層延遲改正數(shù)等廣域差分電文，以及區(qū)域用戶距離精度(Regional User Range Accu-racy，RURA)、用戶差分距離誤差(User Differential Range Error，UDRE)和格網(wǎng)點(diǎn)電離層垂直延遲改正數(shù)誤差(Grid Ionospheric Vertical Error，GIVE)等完好性信息[2, 5-6]，使用戶可獲得更可靠的定位導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)。這一系列特殊性不僅使BDS在主控站數(shù)據(jù)處理上存在獨(dú)特性，而且在用戶應(yīng)用導(dǎo)航電文上與其他系統(tǒng)也存在本質(zhì)不同。

本文主要針對新開通服務(wù)的BDS-3各種授時(shí)方法及授時(shí)精度進(jìn)行討論，以期改變用戶長期使用GPS的習(xí)慣，消除因?qū)DS理解差異帶來的實(shí)際使用問題，為用戶使用BDS各類授時(shí)服務(wù)提供技術(shù)參考。

1 BDS-3多種授時(shí)方法

1.1 RNSS授時(shí)方法

按照用戶位置是否已知，RNSS授時(shí)方法可分為已知點(diǎn)授時(shí)和未知點(diǎn)授時(shí)。用戶一般采用已知點(diǎn)授時(shí)方法，未知點(diǎn)授時(shí)通常與定位一并進(jìn)行，這里不再贅述，直接給出普通單頻用戶在已知點(diǎn)上的單星授時(shí)計(jì)算模型為[7-8]

(1)

1.2 SBAS授時(shí)方法

SBAS的核心思想是廣域差分，即在衛(wèi)星發(fā)播的基本導(dǎo)航電文信息的基礎(chǔ)上，通過GEO衛(wèi)星更快頻度地發(fā)播衛(wèi)星鐘差改正參數(shù)、衛(wèi)星軌道改正參數(shù)和格網(wǎng)電離層改正參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高精度的空間信號精度，從而進(jìn)一步提升用戶定位授時(shí)精度。除了提升精度之外，SBAS更重要的是發(fā)播了UDRE和GIVE等導(dǎo)航電文參數(shù)的完好性信息，以滿足民航等高安全用戶需求。雖然SBAS重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是定位精度和完好性，北斗SBAS也沒有給出明確的授時(shí)精度指標(biāo)，但是對于電力、通信、金融等涉及國家安全的命脈領(lǐng)域，需要采用SBAS服務(wù)進(jìn)行授時(shí)，利用其發(fā)播的完好性信息來提高授時(shí)的安全性。

北斗SBAS用戶的授時(shí)計(jì)算模型為

ΔDrel-ΔDmult

(2)

1.3 RDSS單向授時(shí)方法

RDSS單向授時(shí)是建立在BDS區(qū)域短報(bào)文通信服務(wù)基礎(chǔ)上的一種授時(shí)方法，其示意圖如圖1所示。

圖1 RDSS單向授時(shí)示意圖Fig.1 Schematic diagram of RDSS one-way time service

在RDSS單向授時(shí)模式下，用戶接收機(jī)只需接收中心站出站電文及相關(guān)信息，由用戶機(jī)利用單向測距值自主解算出相對BDT的鐘差，并修正本地時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)本地時(shí)間與BDT同步[13-14]。圖2所示為RDSS單向授時(shí)原理圖。

圖2 RDSS單向授時(shí)原理圖Fig.2 Principle diagram of RDSS one-way time service

根據(jù)上面授時(shí)原理，RDSS單向授時(shí)計(jì)算模型可以表示為[13-14]

(3)

可見，由于RDSS單向授時(shí)受到衛(wèi)星星歷誤差、電離層和對流層大氣傳播誤差、中心站發(fā)射設(shè)備時(shí)延誤差、用戶接收設(shè)備時(shí)延誤差、用戶機(jī)位置誤差等諸多因素影響，難以準(zhǔn)確計(jì)算。因此，RDSS單向授時(shí)精度一般在幾十納秒左右。

雖然BDS-3與BDS-2的單向授時(shí)基本原理相同，但是在信號體制、數(shù)據(jù)處理和時(shí)延標(biāo)校等方面均存在不少差異?？偟膩碚f，主要是：1)采用了新的信號體制，出站信號帶寬更寬，使得測量精度更高；2)衛(wèi)星星歷精度更高，星歷更新周期更短，外推誤差更?。?)采用新的BDSSH電離層模型，相較于BDS-2采用的8參數(shù)或14參數(shù)模型精度更高，特別是在高緯度地區(qū)。

1.4 RDSS雙向授時(shí)方法

RDSS雙向授時(shí)是建立在區(qū)域短報(bào)文通信服務(wù)基礎(chǔ)上的一種高精度授時(shí)方法，其示意圖如圖3所示[13-15]。

RDSS雙向授時(shí)方法利用差分思想，通過中心站接收用戶RDSS入站信號測量得到的往返四程距離，計(jì)算出中心站到用戶的正向傳播時(shí)延，再將該正向傳播時(shí)延通過RDSS鏈路發(fā)送給用戶，由用戶進(jìn)行差分修正授時(shí)，從而獲得比RDSS單向授時(shí)更高精度的雙向授時(shí)結(jié)果，滿足了用戶更高精度的授時(shí)需求。RDSS雙向授時(shí)與RDSS單向授時(shí)的差別在于用戶接收機(jī)是否需要發(fā)射入站信號與中心站進(jìn)行信息交互。圖4所示為RDSS雙向授時(shí)原理圖。

圖4 RDSS雙向授時(shí)原理圖Fig.4 Principle diagram of RDSS two-way time service

圖4中，中心站1PPS代表BDS地面中心站BDT時(shí)間信號的某一整秒時(shí)刻，用戶lPPS代表用戶本地時(shí)鐘的某一整秒時(shí)刻。如果用戶接收到中心站播發(fā)的第n幀詢問信號，并測出第n幀詢問信號的參考時(shí)標(biāo)與本地鐘1PPS的時(shí)間間隔ΔT′；同時(shí)，用戶立即向中心站發(fā)射響應(yīng)信號，中心站測出第n幀信號的往返時(shí)間值Δ2(該值反映了中心站與用戶之間的四程距離),并計(jì)算出該信號由中心站發(fā)出至用戶i接收到的正向傳播時(shí)延τOi，再將τOi發(fā)送給該用戶作為雙向授時(shí)時(shí)延修正值，即可得出用戶時(shí)鐘與BDT鐘差，并以此來調(diào)整本機(jī)時(shí)鐘，從而完成用戶與中心站BDT的時(shí)間同步[13-15]。

RDSS雙向授時(shí)的詳細(xì)計(jì)算模型為[13-15]

ΔT=1-n·Δt-ΔT′-τOi

(4)

式中，由于用戶已經(jīng)直接測定ΔT′，因此只要給出正向傳播時(shí)延τOi，就能完成雙向授時(shí)解算。中心站到用戶i的正向傳播時(shí)延τOi的計(jì)算模型為

(5)

可見，經(jīng)過單向觀測量與往返觀測量一半的求差(當(dāng)然，中間需要修正各種傳播時(shí)延改正)，影響單向授時(shí)正向傳播時(shí)延的衛(wèi)星星歷誤差、電離層和對流層大氣傳播誤差等各項(xiàng)誤差可以得到較好地抵消，中心站和用戶設(shè)備時(shí)延可以事先精確標(biāo)定。因此，RDSS雙向授時(shí)精度較RDSS單向授時(shí)精度得到了很大提升，通常能夠優(yōu)于10ns。

2 試驗(yàn)結(jié)果及比較分析

2.1 RNSS授時(shí)結(jié)果

利用2020年12月14日—12月16日，北京地區(qū)已知位置的RNSS用戶接收機(jī)采集的BDS偽距數(shù)據(jù)開展授時(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)置BDS-2+BDS-3聯(lián)合模式和僅BDS-3模式兩種。在BDS-2+BDS-3聯(lián)合模式下，主要進(jìn)行了B1I和B3I這2個(gè)頻點(diǎn)信號授時(shí)試驗(yàn)；在僅BDS-3模式下，主要進(jìn)行了B1C和B2a這2個(gè)頻點(diǎn)信號授時(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)中，利用接收機(jī)每分鐘授時(shí)計(jì)算輸出的1PPS時(shí)間信號與經(jīng)過BDT校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號求差，作為接收機(jī)每次的授時(shí)結(jié)果ΔTi，即

ΔTi=Ti-T

(6)

式中：Ti代表授時(shí)計(jì)算輸出的1PPS時(shí)間；T代表BDT標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

再對1d內(nèi)每分鐘結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取1d內(nèi)全部結(jié)果的第95%個(gè)值作為1d統(tǒng)計(jì)的授時(shí)精度結(jié)果(后面SBAS授時(shí)、RDSS單向授時(shí)和RDSS雙向授時(shí)統(tǒng)計(jì)方法相同)。不同信號授時(shí)精度試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 北京地區(qū)RNSS授時(shí)精度統(tǒng)計(jì)表

在BDS-2+BDS-3聯(lián)合模式下，老體制B1I頻點(diǎn)信號授時(shí)結(jié)果如圖5所示。在僅BDS-3模式下，新體制B1C頻點(diǎn)信號授時(shí)結(jié)果如圖6所示。

圖5 北京地區(qū)B1I單頻RNSS授時(shí)結(jié)果Fig.5 RNSS timing results of B1I single frequency at Beijing

圖6 北京地區(qū)B1C單頻RNSS授時(shí)結(jié)果Fig.6 RNSS timing results of B1C single frequency at Beijing

試驗(yàn)結(jié)果表明：在BDS-2+BDS-3聯(lián)合模式下，北京地區(qū)老體制B1I和B3I信號授時(shí)精度(95%)分別約為8.4ns和12.3ns；在僅BDS-3模式下，北京地區(qū)新體制B1C和B2a信號授時(shí)精度(95%)分別約為9.4ns和10.2ns。

根據(jù)北斗服務(wù)性能規(guī)范，B1I和B3I頻點(diǎn)的空間信號距離誤差(Signal-in-Space Range Error，SISRE)為1m，B1C和B2a頻點(diǎn)的SISRE為0.6m。上面試驗(yàn)結(jié)果比公布的空間信號服務(wù)性能稍差，為了進(jìn)一步分析RNSS授時(shí)的主要誤差源，利用高精度測量型天線和測量型接收機(jī)在時(shí)間精確校準(zhǔn)的已知點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)采用與上面相同的外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間作為參考，數(shù)據(jù)處理時(shí)，采用載波相位數(shù)據(jù)對偽距數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑，采用B1C/B2a經(jīng)過載波相位平滑后的雙頻偽距數(shù)據(jù)消除電離層延遲的影響。對3d內(nèi)每分鐘一個(gè)的授時(shí)結(jié)果進(jìn)行均值和標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 測量型接收機(jī)雙頻授時(shí)結(jié)果Fig.7 Dual-frequency timing results of measurement receiver

可見，3d授時(shí)結(jié)果的平均值為1.52ns，標(biāo)準(zhǔn)差為0.60ns，該結(jié)果與其他監(jiān)測機(jī)構(gòu)公布的空間信號精度監(jiān)測結(jié)果基本一致，說明BDS衛(wèi)星發(fā)播的空間信號具有很高的精度。圖7所示授時(shí)結(jié)果存在一些周期現(xiàn)象，這主要是由于衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差誤差的周期性引起。但是與表2所示統(tǒng)計(jì)結(jié)果相比，測量型接收機(jī)雙頻授時(shí)精度明顯提高，主要是因?yàn)檫@里使用的測量型天線采用了扼流圈技術(shù)和吸波巢，抗多路徑效果能夠達(dá)到0.2m左右；其采用了較復(fù)雜的抗干擾、窄相關(guān)、抗多徑算法，測量噪聲能夠控制在厘米級；并且偽距數(shù)據(jù)經(jīng)過載波相位數(shù)據(jù)平滑，測量噪聲進(jìn)一步降低；再加上設(shè)備時(shí)延被精確標(biāo)定以及雙頻修正了絕大部分電離層延遲誤差。因此，對于采用RNSS單頻信號進(jìn)行授時(shí)的普通用戶機(jī)，大部分誤差源來自于用戶接收機(jī)多路徑誤差、測量噪聲、設(shè)備時(shí)延偏差以及單頻電離層延遲誤差[16]。

2.2 SBAS授時(shí)結(jié)果

利用2020年12月14日—12月16日，北京地區(qū)的SBAS接收機(jī)開展授時(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)中，SBAS接收機(jī)根據(jù)接收的衛(wèi)星基本導(dǎo)航電文、星基增強(qiáng)電文及完好性信息進(jìn)行授時(shí)計(jì)算，授時(shí)結(jié)果如圖8所示。

圖8 北京地區(qū)SBAS授時(shí)結(jié)果Fig.8 SBAS timing results at Beijing

試驗(yàn)結(jié)果表明：北京地區(qū)SBAS授時(shí)平均值為2.16ns，標(biāo)準(zhǔn)差為0.22ns，說明SBAS授時(shí)具有很高的精度。

2.3 RDSS單向授時(shí)結(jié)果

為了對BDS-3和BDS-2兩代系統(tǒng)授時(shí)精度進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)了基于BDS-3新體制信號RDSS單向授時(shí)和BDS-2老體制信號RDSS單向授時(shí)兩種方案，RDSS用戶接收機(jī)為我們組織研制的用戶機(jī)，具備兼容接收新老體制信號的所有功能，試驗(yàn)時(shí)間為2020年12月14日—12月16日共3d，試驗(yàn)地點(diǎn)選擇為北京、喀什和三亞3個(gè)大范圍的不同地區(qū)。試驗(yàn)中，用戶機(jī)分別響應(yīng)BDS-3衛(wèi)星新信號和老信號，同時(shí)利用用戶接收機(jī)根據(jù)信號強(qiáng)度自動選擇響應(yīng)不同衛(wèi)星號和波束號情況，以試驗(yàn)用戶機(jī)正常工作響應(yīng)衛(wèi)星或響應(yīng)波束號切換時(shí)授時(shí)結(jié)果的連續(xù)性和穩(wěn)定性，試驗(yàn)結(jié)果如圖9～圖11所示。由圖中結(jié)果可見，北京地區(qū)新體制信號試驗(yàn)分別響應(yīng)了PRN59號衛(wèi)星的2波束和PRN61號衛(wèi)星的2波束，老體制信號試驗(yàn)僅響應(yīng)了PRN59號衛(wèi)星的16波束；喀什地區(qū)新體制信號試驗(yàn)僅響應(yīng)了PRN60號衛(wèi)星的1波束，老體制信號試驗(yàn)僅響應(yīng)了PRN60號衛(wèi)星的13波束；三亞地區(qū)新體制信號試驗(yàn)分別響應(yīng)了PRN61號衛(wèi)星的3波束和PRN60號衛(wèi)星的5波束，老體制信號試驗(yàn)分別響應(yīng)了PRN59號衛(wèi)星的16波束和PRN60號衛(wèi)星的13波束。

圖9 北京地區(qū)RDSS單向授時(shí)結(jié)果Fig.9 RDSS one-way timing results at Beijing

圖10 喀什地區(qū)RDSS單向授時(shí)結(jié)果Fig.10 RDSS one-way timing results at Kashi

圖11 三亞地區(qū)RDSS單向授時(shí)結(jié)果Fig.11 RDSS one-way timing results at Sanya

試驗(yàn)結(jié)果表明：

1)北京、喀什和三亞地區(qū)BDS-2老體制信號RDSS單向授時(shí)精度(95%)分別為32.6ns、33.5ns和28.4ns；BDS-3新體制信號RDSS單向授時(shí)精度(95%)分別為14.5ns、19.8ns和17.3ns。新體制信號比老體制信號授時(shí)精度分別提升了約55.5%、40.9%和39.1%。

2)北京和喀什地區(qū)老體制信號的RDSS單向授時(shí)結(jié)果存在較明顯的系統(tǒng)性偏差，分別為12.52ns和10.22ns；喀什和三亞地區(qū)新體制信號的RDSS單向授時(shí)結(jié)果也存在較明顯的系統(tǒng)性偏差，分別為10.82ns和-9.45ns。引起單向授時(shí)系統(tǒng)性偏差的因素較多，包括中心站發(fā)射時(shí)延、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延、用戶機(jī)接收時(shí)延和電離層時(shí)延等，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為主要原因?yàn)樵O(shè)備時(shí)延標(biāo)校結(jié)果不一致性引起。

3)整體上看，BDS-2老體制信號RDSS單向授時(shí)結(jié)果存在以d為周期的波動，其中，北京、喀什和三亞地區(qū)的波動振幅分別約為±37ns、±33ns和±36ns，波動明顯大于BDS-3新體制信號結(jié)果。主要原因是用戶機(jī)對BDS-3新體制信號單向授時(shí)進(jìn)行了算法優(yōu)化，這也是除了1.3節(jié)提到的三方面因素外，新體制信號授時(shí)精度得到大幅提升的原因。

4)在發(fā)生響應(yīng)波束切換時(shí)，新老體制信號授時(shí)結(jié)果均存在不同程度的跳變，跳變幅度一般在幾納秒到幾十納秒之間，這主要是由于不同波束時(shí)延標(biāo)校不一致帶來的系統(tǒng)性偏差引起。在未發(fā)生響應(yīng)波束切換時(shí)，授時(shí)結(jié)果有時(shí)也存在不同程度的跳變，跳變幅度一般在幾納秒，這主要是由于衛(wèi)星軌道更新以及內(nèi)部軌道內(nèi)插算法誤差引起。

2.4 RDSS雙向授時(shí)結(jié)果

同樣利用2020年12月14日—12月16日，北京、喀什和三亞地區(qū)的用戶RDSS接收機(jī)開展雙向授時(shí)試驗(yàn)。試驗(yàn)方案、試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)過程與RDSS單向授時(shí)一致。試驗(yàn)結(jié)果如圖12～圖14所示。

圖12 北京地區(qū)RDSS雙向授時(shí)結(jié)果Fig.12 RDSS two-way timing results at Beijing

圖13 喀什地區(qū)RDSS雙向授時(shí)結(jié)果Fig.13 RDSS two-way timing results at Kashi

圖14 三亞地區(qū)RDSS雙向授時(shí)結(jié)果Fig.14 RDSS two-way timing results at Sanya

對上面試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析表明：

1)北京、喀什和三亞地區(qū)BDS-2老體制信號RDSS雙向授時(shí)精度(95%)分別為10.7ns、10.1ns和10.8ns；BDS-3新體制信號RDSS雙向授時(shí)精度(95%)分別為8.1ns、9.1ns和9.6ns。新體制信號授時(shí)精度分別提升了約24.3%、9.9%和11.1%。

2)與RDSS單向授時(shí)精度相比，3個(gè)地區(qū)的RDSS雙向授時(shí)精度非常穩(wěn)定，均在9ns左右，且不同波束之間切換授時(shí)結(jié)果均非常連續(xù)穩(wěn)定。這一方面說明雙向授時(shí)算法模型比較成熟穩(wěn)定，另一方面也說明雙向設(shè)備時(shí)延標(biāo)校精度較高，標(biāo)校結(jié)果也比較穩(wěn)定。

3)RDSS雙向授時(shí)結(jié)果存在以d為周期的小波動，北京和喀什地區(qū)幅度很小不明顯，三亞地區(qū)最明顯，波動振幅約為6ns。綜合來看，與地區(qū)有關(guān)，可能原因是低緯度地區(qū)電離層延遲較大，往返四程頻率不同而無法抵消的殘差引起。但是相比RDSS單向授時(shí)，波動幅度明顯變小，說明經(jīng)過雙向求差，一些共同誤差被較好地消除，從而使雙向授時(shí)精度明顯提高。

3 結(jié)論

綜合本文討論和分析結(jié)果，可以得到以下主要結(jié)論：

1)BDS-3實(shí)現(xiàn)了RNSS、SBAS、RDSS單向和RDSS雙向各種授時(shí)方法，通過不同地區(qū)和不同狀態(tài)的試驗(yàn)表明，各種授時(shí)方法的精度全部優(yōu)于公布的指標(biāo)要求，并且BDS衛(wèi)星發(fā)播的空間信號具有很高的精度，大部分誤差源來自于用戶接收機(jī)誤差、設(shè)備時(shí)延標(biāo)校不一致誤差和大氣傳播延遲誤差。

2)從授時(shí)試驗(yàn)結(jié)果來看，BDS的SBAS授時(shí)精度最高，可達(dá)2ns左右，并且具有完好性保護(hù)能力，可在民航、電力、通信和金融等安全性、可靠性要求高的行業(yè)使用；RDSS雙向授時(shí)精度和RNSS授時(shí)精度相當(dāng)，達(dá)到9ns左右，RDSS雙向授時(shí)非常穩(wěn)定，但是僅能在中國及周邊地區(qū)使用，而RNSS授時(shí)比RDSS雙向授時(shí)可用衛(wèi)星數(shù)更多，服務(wù)區(qū)域更大，因此，建議廣大授時(shí)用戶應(yīng)更多地使用RNSS授時(shí)，RDSS雙向授時(shí)可以供精度需求較高的守時(shí)用戶使用；RDSS單向授時(shí)精度最差，在15～30ns左右，該授時(shí)模式可以逐步由RNSS授時(shí)代替。

3)BDS-3在RDSS信號體制、數(shù)據(jù)處理、時(shí)延標(biāo)校和用戶機(jī)算法等方面均進(jìn)行了大量優(yōu)化設(shè)計(jì)，出站信號帶寬更寬使測量精度更高，衛(wèi)星星歷精度更高，電離層模型更精確，用戶數(shù)據(jù)處理時(shí)間迭代算法更準(zhǔn)確，這些因素使BDS-3新體制信號的RDSS單向授時(shí)精度提升了40%以上。

4)RDSS單向授時(shí)和雙向授時(shí)結(jié)果中，部分站和部分衛(wèi)星波束還存在系統(tǒng)性偏差以及周期性波動，后續(xù)還需對設(shè)備時(shí)延標(biāo)校一致性和不同頻率電離層延遲殘差修正等進(jìn)行深入研究，以進(jìn)一步提高RDSS授時(shí)精度。