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第 11 卷 第 3 期 导航定位学报 Vol.11，No.3 2023 年 6 月 Journal of Navigation and Positioning Jun.，2023 引文格式：郭敬雨,左鸿铭,龚晓鹏,等.不同电离层改正的 PPP 时间传递性能评估J.导航定位学报,2023,11(3):53-62.（GUO Jingyu,ZUO Hongming,GONG Xiaopeng,et al.Performance evaluation of PPP time transfer by different ionospheric correction strategiesJ.Journal of Navigation and Positioning,2023,11(3):53-62.）DOI:10.16547/ki.10-1096.20230308.不同电离层改正的 PPP 时间传递性能评估 郭敬雨，左鸿铭，龚晓鹏，郭文飞，辜声峰，赵齐乐（武汉大学 卫星导航定位技术研究中心，武汉 430079）摘要：为了进一步验证全球卫星导航系统（GNSS）电离层参数化模型及不同精度电离层改正产品在非差非组合精密单点定位（PPP）时间传递中的应用效果，提出一种不同电离层改正的 PPP 时间传递性能评估方法：分析比较无电离层组合 PPP（IF-PPP）和非差非组合 PPP（UDUC-PPP）时间传递模型与接收机钟差参数的差异；然后基于 2020 年年积日第1131 天欧洲永久跟踪站网数据进行实测数据验证，并选择其中 202 个跟踪站构建区域电离层格网图（RIM），比较全球电离层格网图（GIM）非差非组合 PPP（GIM-PPP）及区域电离层格网图非差非组合 PPP（RIM-PPP），基于 5 个外接氢钟的欧洲永久跟踪站网接收机实现进一步的 PPP 时间传递性能分析。结果表明，与传统 IF-PPP 模型相比，GIM-PPP 和RIM-PPP 模型 PPP 单向授时精度分别平均提高 24%、44%，对于时间传递，IF-PPP、GIM-PPP 和 RIM-PPP 模型重叠阿伦（Allan）方差百秒稳和千秒稳分别为9.36?10?、7.88?10?、5.11?10?和1.98?10?、1.78?10?、1.24?10?；表明 UDUC-PPP 模型时间传递稳定性明显优于 IF-PPP 模型，而得益于高精度电离层模型，RIM-PPP 可进一步提升 GIM-PPP 时间传递稳定性。关键词：精密单点定位（PPP）；单向授时；时间传递；区域电离层格网图（RIM）；阿伦方差 中图分类号：P228 文献标志码：A 文章编号：2095-4999(2023)03-0053-10 Performance evaluation of PPP time transfer by different ionospheric correction strategies GUO Jingyu,ZUO Hongming,GONG Xiaopeng,GUO Wenfei,GU Shengfeng,ZHAO Qile（Research Center of GNSS,Wuhan University,Wuhan 430079,China）Abstract：In order to further verify the deterministic plus stochastic ionospheric delay modeling for global navigation satellite system(GNSS)and the application effect of ionospheric correction products with different precision in non-differential and non-combination precise point positioning(PPP)time transfer,the paper proposed a performance evaluation method of PPP time transfer by different ionospheric correction strategies:the difference between the time transfer model and the receiver clock parameters of ionosphere-free PPP(IF-PPP)and undifferenced and uncombined PPP(UDUC-PPP)was comparatively analyzed;in addition,the data of European Permanent Tracking Network(EPN)from day of year(DOY)11-31,2020 were collected for the experimental evaluation,and 202 stations were selected to construct the regional ionosphere map(RIM),and the global ionosphere map(GIM)UDUC-PPP(GIM-PPP)and the regional ionosphere map UDUC-PPP(RIM-PPP)were further compared,futhermore,analyzing PPP time transfer performance was conducted with 5 EPN station network receivers equipped with an external hydrogen clock.Results showed that compared with the traditional IF-PPP model,the precision of one-way time service of GIM-PPP and RIM-PPP models could be improved by 24%and 44%,respectively,and for time transfer,IF-PPP,GIM-PPP and RIM-PPP would overlapp Allan variance with a 100-second stability and a 1 000-second stability of 9.36?10?,7.88?10?,5.11?10?and 1.98?10?,1.78?10?,1.24?10?,respectively,indicating that the time transfer stability of UDUC-PPP model would be significantly better than that of IF-PPP model,and RIM-PPP could further improve the time transfer stability of GIM-PPP benefiting by the high-precision ionosphere model.Keywords:precise point positioning(PPP);one-way timing;time transfer;regional ionosphere map(RIM);Allan deviation 收稿日期：2022-08-24 基金项目：国家自然科学基金项目（42174029，41904016）。第一作者简介：郭敬雨（1991），男，河南周口人，硕士研究生，研究方向为 PPP 高精度时间传递。54 导航定位学报 2023 年 6 月 0 引言 高精度时间传递是时间实验室建立和维持标准时间尺度和时间同步的基础。随着空间技术的发展，时间传递精度不断提高。文献1提出了全球定位系统（global positioning system，GPS）卫星共视（common view，CV）时间传递技术。文献2提出了 GPS 卫星全视（all in view，AV）时间传递技术，并指出其比 CV 具有更远的时间传递距离和更好的性能。然而，GPS CV 和 GPS AV 均采用伪距观测值，受伪距观测噪声影响，精度只能达到纳秒水平。近年来基于精密单点定位（precise point positioning，PPP）的时间传递方法在精度和覆盖范围方面表现出优越的性能，使其成为全球卫星导航系统（global navigation satellite system，GNSS）时间传递最常用方法之一，并于 2009 年应用于国际原子时（international atomic time，TAI）服务3-5。文献6开展了基于 GPS 的 PPP 时间传递研究，结果表明静态模式下 PPP 时间传递精度为 0.3 ns。传统 PPP 时间传递模型通常基于无电离层PPP（ionosphere-free PPP，IF-PPP）展开，随着多频率多系统数据处理技术的发展，非差非组合 PPP（undifferenced and uncombined PPP，UDUC-PPP）模型成为 GNSS 数据处理研究热点7。文献8对非组合 PPP 精密授时的性能进行了研究分析，结果表明非差非组合 PPP 算法授时精度优于传统PPP 算法。文献9分析了以电离层延迟为参数、以全球电离层格网图（global ionosphere map，GIM）获得的电离层延迟为约束的单频 PPP 时间传递精度，并指出在截止高程角为 10、20和 30时，电离层约束模型时间传递的标准差（standard deviation，STD）均能达到 0.5 ns 水平。值得注意的是，电离层延迟参数的处理策略显著影响非差非组合模型解算性能10-11，进而影响 PPP 时间传递性能。文献12提出了 GNSS 电离层参数化模型（deterministic plus stochastic ionospheric delay modeling for GNSS，DESIGN），该模型中电离层参数化同时顾及电离层确定性与随机性，并将先验电离层模型作为虚拟观测值，提升了非差非组合PPP 定位性能13-14；然而其在时间传递中的应用性能还有待进一步分析。为验证 DESIGN 参数化模型，及不同精度电离层改正产品在非差非组合 PPP 时间传递中的应用效果，本文基于欧洲区域观测网进行实验。首先给出 PPP 单向授时及时间传递技术的基本原理，重点对比无电离层组合 PPP 与非差非组合 PPP 的区别；然后，基于 5 个外接氢原子钟（hydrogen maser，H-MASER）的 GNSS 观测站连续 21 d 的数据，分析不同 PPP 模型的时间传递性能。1 PPP 单向授时及时间传递原理 GNSS PPP单向授时使用载波相位和伪距观测值，结合国际 GNSS 服务组织（International GNSS Service，IGS）提供的高精度卫星轨道和钟差等产品，由用户通过 PPP 方式解算出本地接收机钟差。由于 IGS 钟差文件对应的是 IGS 时间基准（IGS time，IGST）15，因此通过改正本地接收机钟差，即可使得本地时间与 IGST 同步。GNSS 伪距和载波相位的非差非组合观测量16一般表示为 sssssrrrfZr,fr,frsssssrrrfZfr,fr,frPP=+t+T+I+b+=+t+TI+N+（1）式中：r、s 和 f 分别为接收机、卫星、频率标识；sr,fP、sr,f分别为伪距和相位观测值；sr为卫星至接收机的几何距离；rt为接收机钟差，单位为 m；sr为对应投影函数；srT为天顶对流层延迟