阮許新 許龍霞 劉 婭 李孝輝,3

1 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，西安市書(shū)院東路3號(hào)，710600 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)光電學(xué)院，北京市玉泉路19號(hào)甲，100049 3 中國(guó)科學(xué)院精密導(dǎo)航定位與定時(shí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安市書(shū)院東路3號(hào)，710600

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)作為重要的星基授時(shí)系統(tǒng)，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)要求其發(fā)播時(shí)間與UTC保持在±100 ns以內(nèi)，即要求其系統(tǒng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)與UTC溯源。GNSS導(dǎo)航電文以預(yù)報(bào)多項(xiàng)式模型參數(shù)的形式，播發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間相對(duì)于協(xié)調(diào)世界時(shí)的偏差，簡(jiǎn)稱協(xié)調(diào)世界時(shí)偏差UTCO(coordinated universal time offset)。因此，導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間溯源至UTC時(shí)，一部分誤差源于基于UTCO參數(shù)計(jì)算的協(xié)調(diào)世界時(shí)偏差。

隨著導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)代化升級(jí)，UTCO參數(shù)也隨之更新。例如GPS系統(tǒng)和BDS系統(tǒng)由一階溯源模型變?yōu)槎A；UTCO參數(shù)個(gè)數(shù)分別由8個(gè)、6個(gè)增加至9個(gè)；UTCO參數(shù)分辨率也普遍變小[1-4]。此外，GLONASS新信號(hào)也計(jì)劃播發(fā)UTCO模型參數(shù)。

目前，第三方機(jī)構(gòu)如IGS、iGMAS提供的GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)電文中無(wú)UTCO參數(shù)，絕大部分終端僅解析常用電文中的UTCO參數(shù)，新電文中UTCO參數(shù)只能從接收機(jī)原始導(dǎo)航電文中解析獲得。2016-01-25～26，GPS系統(tǒng)15顆衛(wèi)星發(fā)播的UTCO參數(shù)發(fā)生異常，嚴(yán)重影響部分用戶對(duì)UTC時(shí)間的獲取[5]。該故障引起各方對(duì)UTCO參數(shù)的關(guān)注，但目前關(guān)于UTCO的相關(guān)研究仍然較少。

本文以BIPM快速T公報(bào)和國(guó)家授時(shí)中心GNSS系統(tǒng)時(shí)間偏差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)布的UTC(NTSC)-GNSST為參考，分析評(píng)價(jià)四大導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)廣播電文發(fā)播的UTCO參數(shù)性能，同時(shí)驗(yàn)證各廣播系統(tǒng)的UTCO性能是否隨UTCO參數(shù)的更新而提高。

1 UTCO參數(shù)設(shè)計(jì)演變分析

GNSS系統(tǒng)采用預(yù)報(bào)溯源模型參數(shù)的形式廣播UTCO，表1為各GNSS公開(kāi)信號(hào)的UTCO計(jì)算方法。其中，ΔtUTC為GNSST與UTC/UTC(k)的偏差；ΔtLS為新的閏秒生效前GNSST相對(duì)于UTC的累積閏秒改正數(shù)；A0為GNSST相對(duì)于UTC的偏差值；A1為GNSST相對(duì)于UTC的漂移系數(shù)；A2為GNSST相對(duì)于UTC的漂移率系數(shù)；tE為用戶估計(jì)GNSST時(shí)間的周內(nèi)秒；tot為參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的周內(nèi)秒；WN為用戶估計(jì)GNSST時(shí)間的周計(jì)數(shù)；WNot為參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的周計(jì)數(shù)。

由于UTCO溯源模型升級(jí)，GNSS對(duì)UTCO參數(shù)的要求也隨之調(diào)整。表2為GPS LNAV電文、GPS CNAV電文、BDS D1/D2電文、BDS B-CNAV電文、Galileo電文及GLONASS電文的UTCO參數(shù)變化。

表1 GNSS各頻點(diǎn)公開(kāi)信號(hào)的UTCO計(jì)算方法

1.1 GPS UTCO參數(shù)

GPS導(dǎo)航電文廣播的協(xié)調(diào)世界時(shí)偏差為GPST與美國(guó)海軍天文臺(tái)(USNO)UTC的偏差，定義為GPST-UTC(USNO)[1]。GPS系統(tǒng)時(shí)間由地面鐘和衛(wèi)星鐘構(gòu)成的鐘組保持，通過(guò)在主控站運(yùn)行時(shí)間尺度算法，對(duì)鐘組內(nèi)不同鐘進(jìn)行加權(quán)得到[6]。UTCO通過(guò)在USNO放置定時(shí)接收機(jī)接收GPS空間信號(hào)來(lái)監(jiān)測(cè)GPST與UTC(USNO)的偏差，估計(jì)GPST-UTC(USNO)日偏移。主控站根據(jù)該日偏移量建模生成UTCO參數(shù)并上行至衛(wèi)星。

從表2可以看出，GPS LNAV電文中UTCO參數(shù)有8個(gè)，共占120 bit；GPS CNAV電文中，UTCO參數(shù)新增二次項(xiàng)系數(shù)A2，共有9個(gè)UTCO參數(shù)，占98 bit。GPS CNAV電文中UTCO參數(shù)比GPS LNAV電文少占用22 bit，新增的二次項(xiàng)系數(shù)可以精確地描述UTCO的細(xì)微變化。

GPS LNAV電文中常數(shù)項(xiàng)A0占32 bit，比例因子為2-30，分辨率為0.93 ns，有效范圍為-2～2 s；GPS CNAV電文中A0占16 bit，比例因子為2-35，分辨率為0.03 ns，有效范圍為-954～954 ns。ITU要求衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間與UTC偏差保持在100 ns以內(nèi)，當(dāng)前GPST與UTC(USNO)偏差可以控制在±10 ns以內(nèi)，甚至更優(yōu)。GPS LNAV電文設(shè)計(jì)UTCO參數(shù)常數(shù)項(xiàng)范圍為±2 s相對(duì)保守。隨著GPST與UTC(USNO)同步性能的不斷提升，兩者的偏差值將越來(lái)越小，對(duì)UTCO參數(shù)的分辨率要求也越來(lái)越高。GPS LNAV電文常數(shù)項(xiàng)約1 ns的分辨率無(wú)法細(xì)致反映時(shí)差值的變化，GPS CNAV電文常數(shù)項(xiàng)0.03 ns的分辨率可以很好地反映通過(guò)PPP或光纖時(shí)間比較等高精度比對(duì)方式獲取的GPS UTCO的變化。

表2 GNSS UTCO參數(shù)比較

GPS LNAV電文中一次項(xiàng)A1占24 bit，GPS CNAV電文占13 bit，數(shù)值范圍由-7.45×10-9～7.45×10-9調(diào)整為-1.82×10-12～1.82×10-12。一階項(xiàng)可反映GPST與UTC(USNO)頻偏的相對(duì)變化，GPST與UTC(USNO)均是基于鐘組聯(lián)合守時(shí)得到的時(shí)間尺度。GPS星載銣鐘的頻率偏差優(yōu)于1.0×10-12，GPST與UTC(USNO)偏差的變化率更小。GPS LNAV電文中一次項(xiàng)系數(shù)取值過(guò)于保守，GPS CNAV電文已考慮GPST-UTC(USNO)偏差的變化率，減少A1占用的比特位，縮小數(shù)值范圍，與實(shí)際情況更為一致。

此外，GPS CNAV電文新增二次項(xiàng)系數(shù)A2，占7 bit，數(shù)值范圍為-2.14×10-19～2.14×10-19，A2可反映A1的變化率。增加A2參數(shù)可使UTCO時(shí)差建模更加靈活，同時(shí)兼容一階和二階多項(xiàng)式模型，反映UTCO偏差的高階項(xiàng)變化，改善系統(tǒng)播發(fā)GPST-UTC(USNO)的準(zhǔn)確度。

對(duì)于參考時(shí)刻，GPS LNAV電文中參考時(shí)刻對(duì)應(yīng)的周內(nèi)秒tot占8 bit，GPS CNAV電文占16 bit，有效范圍從0～602 112 s變?yōu)?～604 784 s，拓寬2 672 s(約44 min)。對(duì)于GPS LNAV電文，當(dāng)UTCO參數(shù)更新間隔小于44 min時(shí)，參考時(shí)刻無(wú)法選取在每周最后44 min，而GPS CNAV電文中UTCO參數(shù)的參考時(shí)刻幾乎可以覆蓋全周時(shí)段，能更好地兼容GPS UTCO參數(shù)的更新頻率。

GPS LNAV電文中參考周計(jì)數(shù)WNot、閏秒?yún)⒖贾苡?jì)數(shù)WNLSF均由8 bit改為13 bit，有效范圍都由0～255周擴(kuò)大到0～8 191周。使用GPS LNAV電文每約4.9 a(256周)周計(jì)數(shù)反轉(zhuǎn)一次，周反轉(zhuǎn)可能導(dǎo)致時(shí)間跳變，影響接收機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此應(yīng)盡量避免。增大周計(jì)數(shù)的比特位可以延長(zhǎng)GPS周計(jì)數(shù)反轉(zhuǎn)周期，GPS CNAV電文13 bit的周計(jì)數(shù)可以將反轉(zhuǎn)周期延長(zhǎng)至約157 a，設(shè)計(jì)更加合理。

最后，GPS CNAV電文將GPS LNAV電文中閏秒?yún)⒖既沼?jì)數(shù)DN由8 bit調(diào)整為4 bit。DN有效范圍為1～7，從數(shù)值大小來(lái)看，最少只用3 bit就可以表示其范圍，這樣調(diào)整更加合理，可節(jié)約寶貴的電文空間。

1.2 BDS UTCO參數(shù)

北斗時(shí)(BDT)通過(guò)UTC(NTSC)與UTC建立聯(lián)系，其廣播電文中BDT-UTC時(shí)間同步參數(shù)可反映BDT與UTC之間的關(guān)系，BDT與UTC的偏差保持在50 ns以內(nèi)[3]。

從表2可以看出，相較于BDS D1/D2電文，BDS B-CNAV電文中BDT-UTC時(shí)間同步參數(shù)由6個(gè)增加至9個(gè)[7]，占用電文空間由88 bit擴(kuò)展為97 bit，溯源模型由一階多項(xiàng)式改為二階多項(xiàng)式，參考時(shí)刻由模型當(dāng)前BDT周的初始時(shí)刻改為播發(fā)參考時(shí)刻。

BDS B-CNAV電文中 UTCO參數(shù)設(shè)計(jì)思路與GPS CNAV電文基本一致，僅有周內(nèi)天DN稍有不同。BDS的DN值從0到6，其中0表示星期天，6表示星期六，而GPS的DN值1對(duì)應(yīng)星期天，7對(duì)應(yīng)星期六。

相比于BDS D1/D2電文中UTCO參數(shù)，BDS B-CNAV電文新增漂移率系數(shù)A2、參考時(shí)刻周內(nèi)秒tot和周計(jì)數(shù)WNot三個(gè)參數(shù)。BDS D1/D2電文不播發(fā)UTCO參數(shù)的參考時(shí)刻，默認(rèn)為當(dāng)前BDS周起始時(shí)刻，要求系統(tǒng)對(duì)應(yīng)生成以每個(gè)BDS周起始時(shí)刻為參考時(shí)刻的UTCO參數(shù)，這會(huì)降低參數(shù)更新的靈活性。BDS B-CNAV電文增加播發(fā)UTCO的參考時(shí)刻，可提升UTCO參數(shù)的靈活性。

1.3 Galileo UTCO參數(shù)

Galileo系統(tǒng)時(shí)間(GST)由精密時(shí)頻裝置(precise timing facility, PTF)產(chǎn)生，并通過(guò)時(shí)間服務(wù)提供裝置(time service provider, TSP)實(shí)現(xiàn)GST與其他時(shí)間尺度(TAI、UTC、GPST等)比對(duì)。GST溯源到歐洲主要守時(shí)實(shí)驗(yàn)室(德國(guó)PTB、法國(guó)OP、英國(guó)NPL等)保持的地方協(xié)調(diào)世界時(shí)。TSP向PTF提供GST-UTC(模1秒)溯源偏差校準(zhǔn)量，同時(shí)生成GST-UTC數(shù)據(jù)，并通過(guò)Galileo衛(wèi)星廣播UTCO參數(shù)，每天更新一次[8]。

Galileo UTCO參數(shù)共99 bit，各參數(shù)與GPS LNAV電文UTCO參數(shù)設(shè)計(jì)基本一致，采用一階溯源模型，僅tot比例因子為3 600，與GPS不同。

1.4 GLONASS UTCO參數(shù)

GLONASS時(shí)間(GLNT)是基于GLONASS中央同步器(CS)時(shí)間生成，通過(guò)GLONASS共視時(shí)間傳遞和雙向時(shí)間比對(duì)方式溯源至UTC(SU)，與UTC(SU)共同閏秒，由UTC(SU)間接溯源至UTC[9]。與其他系統(tǒng)不同的是，GLONASS導(dǎo)航電文廣播GLNT與UTC(SU)的偏差，該值可以從導(dǎo)航電文直接獲取。GLONASS-M衛(wèi)星在L1子帶內(nèi)播發(fā)與GLONASS衛(wèi)星相同的信號(hào)，但在L2子帶內(nèi)可為用戶提供具有標(biāo)準(zhǔn)精度碼的額外信號(hào)[10]。GLNT-UTC(SU)偏差值每天更新一次，具有兩種格式(表3)。在現(xiàn)有GLONASS衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中，τC占用28 bit，比例因子為2-27，即7.45 ns；在GLONASS-M衛(wèi)星的導(dǎo)航電文中，τC占用32 bit，比例因子提高為2-31，即0.46 ns，UTCO溯源模型的分辨率明顯提升。

表3 GLONASS UTCO參數(shù)信息

1.5 GNSS UTCO參數(shù)比較

GPS CNAV電文和BDS B-CNAV電文中UTCO參數(shù)設(shè)計(jì)思路一致，采用二次多項(xiàng)式模型。Galileo電文和GPS LNAV電文中UTCO參數(shù)設(shè)計(jì)思路一致，GLONASS直接播發(fā)UTCO預(yù)報(bào)偏差，且在GLONASS-M衛(wèi)星提高UTCO的分辨率。

從模型上看，GPS CNAV、BDS B-CNAV電文采用二階多項(xiàng)式對(duì)UTCO進(jìn)行建模，在兼容一階模型的同時(shí)，可以反映UTCO的高階項(xiàng)變化，播發(fā)UTCO更為準(zhǔn)確。

從參數(shù)個(gè)數(shù)與閾值來(lái)看，GPS UTCO參數(shù)由8個(gè)增加至9個(gè)，占用空間由120 bit降為98 bit，溯源精度得到提高。原因一方面為GPS LNAV電文設(shè)計(jì)UTCO參數(shù)冗余較大；另一方面隨著比對(duì)技術(shù)的發(fā)展，各導(dǎo)航系統(tǒng)的UTCO參數(shù)逐漸縮小。BDS UTCO參數(shù)由6個(gè)增加至9個(gè)，占用空間由88 bit擴(kuò)展到97 bit，增加播發(fā)模型參考時(shí)刻，從而提高模型精度。

從參數(shù)分辨率來(lái)看，GPS和BDS UTCO參數(shù)的常數(shù)項(xiàng)、一次項(xiàng)、二次項(xiàng)分辨率明顯變小，如GPS和BDS UTCO常數(shù)項(xiàng)分辨率均由0.93 ns變?yōu)?.03 ns，隨著GNSST與UTC同步性能的不斷提升，兩者的偏差值越來(lái)越小，較小的分辨率可以顯著提高溯源模型對(duì)UTCO衛(wèi)星變化的敏感性。

圖1 GNSS UTCO參數(shù)評(píng)估流程Fig.1 Flow chart of GNSS UTCO parameters evaluation

2 GNSS UTCO參數(shù)分析評(píng)估

2.1 UTCO參數(shù)評(píng)估方法

獲取UTCO廣播值。采用PolaRx5TR高性能多頻GNSS接收機(jī)接收GPS導(dǎo)航系統(tǒng)L1和L5信號(hào)、BDS導(dǎo)航系統(tǒng)B1I和B1C信號(hào)、Galileo導(dǎo)航系統(tǒng)廣播信號(hào)、GLONASS導(dǎo)航系統(tǒng)廣播信號(hào)，采集時(shí)段為2022-01-01～07。由于接收機(jī)無(wú)法直接解算新電文的UTCO參數(shù)，對(duì)于GPS CNAV電文和BDS B-CNAV電文的UTCO參數(shù)，只能從原始電文剔除篩選獲得。表4為不同電文UTCO參數(shù)的數(shù)據(jù)來(lái)源?；诎l(fā)播的UTCO參數(shù)，計(jì)算相應(yīng)的協(xié)調(diào)世界時(shí)偏差UTCO，將GPS、GLONASS的系統(tǒng)時(shí)間分別溯源至UTC(USNO)、UTC(SU)，UTCO偏差為GPST-UTC(USNO)、GLNT-UTC(SU)，利用BIPM快速T公報(bào)發(fā)布的UTCr-UTC(k)，將其統(tǒng)一到UTCr。由電文得到的UTCr-GNSST偏差可記為UTCO_B，統(tǒng)計(jì)其95%分位值、標(biāo)準(zhǔn)偏差(STD)、最大值，分析不同導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)播的UTCO值。

表4 不同電文UTCO參數(shù)的數(shù)據(jù)來(lái)源

獲取UTCO評(píng)估參考值。為進(jìn)一步評(píng)估GNSS發(fā)播UTCO參數(shù)的性能，由NTSC GNSS系統(tǒng)時(shí)間偏差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和BIPM快速T公報(bào)分別獲得UTC(NTSC)-GPST、UTC(NTSC)-BDT、UTC(NTSC)-GST、UTC(NTSC)-GLNT和UTCr-UTC(NTSC)，通過(guò)式(1)得到UTCO_R，將其作為評(píng)估參考值。將UTCO_B與UTCO_R作差，通過(guò)式(2)得到協(xié)調(diào)世界時(shí)偏差誤差UTCOE:

UTCO_R=UTCr-UTC(NTSC)+

[UTC(NTSC)-GNSST]=UTCr-GNSST

(1)

UTCOE=UTCO_B-UTCO_R

(2)

本文基于UTCO_R評(píng)估GNSS電文播發(fā)GNSS UTCO_B的流程如圖1所示，圖2為基于BIPM快速T公報(bào)和NTSC GNSS系統(tǒng)時(shí)間偏差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得UTCO_B的參考值UTCO_R。

2.2 基于UTCO的GNSS UTCO參數(shù)評(píng)估分析

根據(jù)上述UTCO_B的定義，基于GNSS廣播電文和快速T公報(bào)得到GNSS UTCO_B。圖3為實(shí)驗(yàn)時(shí)段內(nèi)由GPS LNAV電文、GPS CNAV電文、BDS D1/D2電文、BDS B-CNAV電文、Galileo電文及GLONASS電文獲得的UTCO_B值。

圖2 UTCr與GNSST偏差(UTCO_R)統(tǒng)計(jì)Fig.2 Statistics of deviation between UTCr and GNSST(UTCO_R)

圖3 基于GNSS廣播電文和快速T公報(bào)的UTCO_B值Fig.3 UTCO_B calculated by GNSS broadcast message and BIPM circular T

由圖3可以看出，2組GPS UTCO_B波動(dòng)范圍在-2～2.5 ns之間，且變化趨勢(shì)一致。統(tǒng)計(jì)2組數(shù)據(jù)可知，95%分位值分別為2.28 ns和1.69 ns，STD分別為1.17 ns和1.11 ns，最大值分別為2.47 ns和2.08 ns，表明GPS CNAV電文的UTCO參數(shù)準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性均略優(yōu)于GPS LNAV電文。

比較圖2中BDS UTCO_R和圖3中BDS UTCO_B可以看出，兩者趨勢(shì)不一致，存在一定系統(tǒng)差；兩種電文UTCO_B的波動(dòng)范圍與變化趨勢(shì)也不一致。由此判斷，BDS可能對(duì)兩種UTCO溯源模型建立了兩套獨(dú)立的地面時(shí)間尺度。顯然BDS兩種電文播發(fā)UTCO的偏差均滿足|BDT-UTC|<50 ns(模1秒)要求，但從圖4可以看出，BDS D1/D2電文的UTCO_B波動(dòng)范圍為-25～10 ns，BDS B-CNAV電文的UTCO_B波動(dòng)范圍為-5～5 ns。統(tǒng)計(jì)2組UTCO_B數(shù)據(jù)可知，95%分位值分別為18.83 ns和4.55 ns、STD分別為8.30 ns和2.63 ns，最大值分別為7.77 ns和3.55 ns。比較3個(gè)評(píng)估參數(shù)可知，BDS B-CNAV電文的UTCO參數(shù)準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度優(yōu)于BDS D1/D2電文。

此外，Galileo UTCO_B波動(dòng)范圍為-2～3 ns，95%分位值、STD、最大值分別為2.77 ns、1.74 ns、2.80 ns；GLONASS UTCO_B波動(dòng)范圍為0.5～4 ns，95%分位值、STD、最大值分別為3.13 ns、0.84 ns、3.60 ns。

表5(單位ns)為GNSS UTCO_B的最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、均方根誤差、95%分位值。由表可知，GPS CNAV電文的UTCO_B穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性略優(yōu)于GPS LNAV電文；BDS 更新UTCO參數(shù)后，溯源模型的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性得到極大提升。

表5 GNSS UTCO_B分析結(jié)果

2.3 基于UTCOE的GNSS UTCO參數(shù)評(píng)估分析

§2.2已給出GNSS UTCO_B偏差值大小，可反映GNSST與UTCr的接近程度，為進(jìn)一步評(píng)估GNSS廣播UTCO參數(shù)的準(zhǔn)確性，以UTCO_R為參考，計(jì)算UTCOE，對(duì)GNSS UTCO參數(shù)進(jìn)行評(píng)估分析。UTCO_R的不確定度來(lái)源于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)UTC(NTSC)-GNSST和快速T公報(bào)UTCr-UTC(NTSC)，其中UTC(NTSC)-GNSST的不確定度優(yōu)于5 ns，UTCr-UTC(NTSC)的不確定度約為0.67 ns，因此UTCO_R的不確定度優(yōu)于5.04 ns。各導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)供應(yīng)商發(fā)布的GNSS系統(tǒng)公開(kāi)服務(wù)性能規(guī)范已規(guī)定UTCOE的性能標(biāo)準(zhǔn)。表6為GPS、BDS、Galileo、GLONASS的UTCOE精度指標(biāo)[11-14]。根據(jù)式(2)計(jì)算廣播協(xié)調(diào)世界時(shí)偏差誤差UTCOE，統(tǒng)計(jì)UTCOE的最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、均方根誤差、95%分位值。圖4為實(shí)驗(yàn)時(shí)段內(nèi)GNSS各個(gè)電文的UTCOE統(tǒng)計(jì)圖。

表6 GNSS UTCOE精度指標(biāo)

圖4 GNSS電文UTCOE統(tǒng)計(jì)Fig.4 Statistics of UTCOE of GNSS message

從圖4可以看出，GPS LNAV電文、GPS CNAV電文UTCOE序列的波動(dòng)范圍和變化趨勢(shì)均一致。對(duì)兩個(gè)誤差序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，平均值分別為1.80 ns和1.66 ns，RMS分別為2.26 ns和2.11 ns，95%分位值分別為3.90 ns和3.53 ns，表明GPS CNAV電文的UTCO參數(shù)性能略優(yōu)于GPS LNAV電文。

此外還可以發(fā)現(xiàn)，BDS B-CNAV電文UTCOE的波動(dòng)范圍小于BDS D1/D2電文。從BDS UTCOE曲線可以看出，BDS的UTCOE偏大，原因可能為BDT首先溯源至本地物理參考，再由本地物理參考間接溯源至UTC(NTSC)。對(duì)兩種電文的UTCOE進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，平均值分別為-14.47 ns和-10.59 ns，RMS分別為16.01 ns和10.69 ns，95%分位值分別為26.35 ns和13.12 ns。從95%分位值可以看出，BDS D1/D2電文的UTCOE精度無(wú)法滿足BDS公開(kāi)服務(wù)性能規(guī)范，原因可能為GNSS系統(tǒng)時(shí)間偏差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接收的是BDS B-CNAV電文的UTCO參數(shù)，與BDS D1/D2電文的UTCO參數(shù)存在偏差。綜合分析可知，BDS B-CNAV電文的UTCOE參數(shù)性能優(yōu)于BDS D1/D2電文，兩種電文的UTCOE均具有明顯的系統(tǒng)誤差。

統(tǒng)計(jì)Galileo、GLONASS的UTCOE可知，兩個(gè)序列的平均值分別為-0.35 ns和-14.47 ns，RMS分別為1.89 ns和14.65 ns，95%分位值分別為2.97 ns和18.53 ns，表明GLONASS UTCOE存在明顯的系統(tǒng)誤差。

表7(單位ns)為GNSS UTCOE的評(píng)估結(jié)果，從表中可知，GPS CNAV電文的UTCO參數(shù)性能優(yōu)于GPS LNAV電文；BDS B-CNAV電文的UTCO參數(shù)性能優(yōu)于BDS D1/D2電文；GPS、Galileo播發(fā)的UTCO參數(shù)性能較好，BDS和GLONASS仍具有較大的提升空間。

表7 GNSS UTCOE評(píng)估結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)不僅可為廣大用戶提供高精度定位導(dǎo)航服務(wù)，還能提供高精度授時(shí)服務(wù)，特別是溯源協(xié)調(diào)世界時(shí)服務(wù)。本文研究GPS、BDS、Galileo、GLONASS四個(gè)系統(tǒng)6種電文的UTCO參數(shù)設(shè)計(jì)演變以及UTCO值變化，以BIPM快速T公報(bào)和國(guó)家授時(shí)中心GNSS系統(tǒng)時(shí)間偏差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為參考，對(duì)6種電文的UTCO參數(shù)進(jìn)行評(píng)估，得到以下結(jié)論：

1) 在實(shí)驗(yàn)時(shí)段內(nèi)，GPS LNAV與GPS CNAV電文UTCOE的95%分位值分別為3.90 ns、3.53 ns，BDS D1/D2與BDS B-CNAV電文UTCOE的95%分位值分別26.35 ns、13.12 ns，Galileo電文UTCOE的95%分位值為2.97 ns，GLONASS電文UTCOE的95%分位值為18.53 ns。GPS LNAV、GPS CNAV、BDS B-CNAV、Galileo、GLONASS電文的UTCO參數(shù)性能均符合性能規(guī)范，其中GPS和Galileo電文的UTCO參數(shù)性能遠(yuǎn)超規(guī)范要求，BDS B-CNAV電文的UTCO參數(shù)性能處于臨界值。

2) 在實(shí)驗(yàn)時(shí)段內(nèi)，使用GPS溯源至UTC時(shí)，LNAV電文的表現(xiàn)優(yōu)于CNAV電文；在使用BDS溯源至UTC時(shí)，B-CNAV電文的表現(xiàn)優(yōu)于D1/D2電文。GNSS系統(tǒng)播發(fā)UTCO參數(shù)趨于精細(xì)化，設(shè)計(jì)更加合理、靈活。在四大導(dǎo)航系統(tǒng)中，GPS、Galileo在UTC溯源中性能較好，BDS、GLONASS在UTC溯源中存在系統(tǒng)偏差。

致謝：感謝國(guó)家授時(shí)中心GNSS系統(tǒng)時(shí)間偏差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。