doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2023.05.005引用格式:武子谦,唐成盼,张京奎,等.基于WUM 精密钟差产品的BDS-3星载原子钟性能评估[J].无线电工程,2023,53(5):1032-1040.[WU Ziqian,TANG Chengpan,ZHANG Jingkui,et al.Performance Evaluation of BDS-3Atomic Clocks Based on WUMPrecise Clock Products [J].Radio Engineering,2023,53(5):1032-1040.]基于WUM 精密钟差产品的BDS-3星载原子钟性能评估武子谦1,2,唐成盼3∗,张京奎1,2,盛传贞1,2(1.卫星导航系统与装备技术国家重点实验室,河北石家庄050081;2.中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081;3.中国科学院上海天文台,上海200030)摘㊀要:导航卫星星载原子钟的在轨性能直接影响导航系统定位㊁导航与授时(Position,Navigation and Timing,PNT)服务的精度和稳定性㊂基于武汉大学MGEX 分析中心发布的精密卫星钟差产品,对BDS-3卫星星载原子钟的频率稳定性㊁钟差预报精度和钟速变化特征开展了分析评估㊂对GPS III 和Galileo FOC 卫星的星载原子钟性能开展分析,并与BDS-3的星载原子钟性能进行了对比㊂结果表明,BDS-3PHM 的平均天稳定度为4.62ˑ10-15,7d 钟差预报精度为2.3ns,10d 钟率变化为1.79ˑ10-14s /s,其长期性能优于GPS III 和Galileo FOC 星载原子钟㊂值得指出的是,BDS-3C19RAFS 的在轨性能远优于其他BDS-3RAFS㊂关键词:北斗三号;原子钟;被动型氢原子钟;阿伦方差中图分类号:TP391.4文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID ):文章编号:1003-3106(2023)05-1032-09Performance Evaluation of BDS-3Atomic Clocks Based onWUM Precise Clock ProductsWU Ziqian1,2,TANG Chengpan3∗,ZHANG Jingkui1,2,SHENG Chuanzhen 1,2(1.State Key Laboratory of Satellite Navigation System and Equipment Technology ,Shijiazhuang 050081,China ;2.The 54th Research Insitute of CETC ,Shijiazhuang 050081,China ;3.Shanghai Astronomical Observatory ,Chinese Academy of Sciences ,Shanghai 200030,China )Abstract :The in-orbit performance of satellite clock directly affects the accuracy and stability of Positioning,Navigation andTiming (PNT)service of navigation system.Based on the precise clock products released by the MGEX Analysis Center (AC)ofWuhan University (WUM),the frequency stability,clock prediction accuracy and clock rate variation characteristics of BDS-3onboardatomic clocks are analyzed.The performance of the first GPS III and the four most-recent Galileo FOC onboard clocks are investigated,the results of which are compared with that of BDS-3.Results show that the average 86400-s frequency stability,7-day clockprediction accuracy and 10-day clock rate variations of BDS-3PHMs are 4.62ˑ10-15,2.3ns and 1.79ˑ10-14s /s,respectively,whichindicate a better long-term performance than that of the GPS III and the four most-recent Galileo FOC clocks.It is worth noting that thein-orbit performance of the BDS-3C19RAFS is far superior to that of other BDS-3RAFSs.Keywords :BDS-3;atomic clock;PHM;Allan variance收稿日期:2022-12-05基金项目:河北省省级科技计划项目(206Z0303G)Foundation Item:Hebei Provincial Science and Technology Project(206Z0303G)0㊀引言星载原子钟作为导航卫星的核心载荷,对导航系统的时间基准建立及维持,及其定位㊁导航与授时(Position,Navigation,and Timing,PNT)服务等方面具有至关重要的作用㊂卫星导航系统星载原子钟的在轨性能在很大程度上决定了其PNT 服务的精度和稳定度㊂Galileo 系统的星载原子钟故障曾导致其多次停止提供服务,严重影响了该系统的地面和空间用户的使用效果[1]㊂作为新一代卫星导航系统,星载原子钟性能升级是北斗三号卫星导航系统(BDS-3)的重要改进之一[2-3]㊂BDS-3采用高精度铷原子钟(Rubidium Atomic Frequency Standard,RAFS)和被动型氢原子钟(Passive Hydrogen Maser,PHM)作为卫星的主用载荷㊂GPS系统采用少数长期稳定性较高的铯钟作为系统时间维持的基准,采用大量短期稳定性较好的铷钟作为导航定位授时服务主用载荷㊂绝大多数Galileo卫星以PHM作为其主钟,少数几颗卫星以RAFS作为卫星的主用载荷㊂国内外学者针对BDS-2㊁BDS-3试验卫星系统㊁GPS㊁Galileo㊁QZSS等各GNSS系统的卫星星载原子钟开展了性能评估研究,主要评估指标集中在频率稳定度和短期预报精度两方面[4-9]㊂用于开展分析评估的卫星钟差产品一般分2种:定轨和时间同步(Orbit Determination and Time Synchronization, ODTS)和卫星双向时间同步(Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer,TWSTFT)方法解算的卫星钟差序列㊂ODTS卫星钟差产品中耦合卫星轨道误差,会影响其长期稳定度分析的结果[10]㊂而TWSTFT卫星钟差产品,由于Ka测距噪声较大会使得短期频率稳定度评估结果变差[11]㊂此外,钟差序列的采样间隔㊁间断时间序列等因素也会影响原子钟频率稳定度评估结果[12]㊂针对长期自主导航应用需求,除了评估频率稳定度和钟差短期预报精度外,还需对中长期钟差预报和卫星钟速变化特征开展分析㊂在评估方法上,针对钟差数据缺失的情况,本文不人为采用数据内插的方法补齐时间序列,以避免引入其他误差[13]㊂在分析频率稳定度时,基于二次多项式拟合剥离频率漂移的影响,更准确地评估RAFS的长期稳定性㊂星钟的频率漂移特性由钟速变化特征体现㊂此外,对首颗GPS III卫星和最新的4颗Galileo卫星的星载原子钟开展在轨性能评估,并与BDS-3卫星星载原子钟性能开展比较分析㊂1㊀卫星钟差模型与评估方法1.1㊀卫星钟差模型本文采用二次多项式模型作为卫星钟差模型㊂实际上,大多数GNSS都采用该模型来表示其广播时钟㊂卫星钟差模型可以表示为:clki=a0+a1(t-t c)+a2(t-t c)2+υi,(1)式中:clk i为t时刻的卫星钟差,t c为钟差模型的参考时刻,a0为t c时刻的卫星钟差,a1为t c时刻该钟的钟速(频偏)参数,a2为t c时刻该钟的频漂参数㊂对于卫星钟差预报,采用线性或二次多项式拟合计算卫星钟差预报参数㊂然后,利用相应的钟差模型生成钟差预报的时间序列,再与精确的钟差序列比较,统计不同时间尺度下的卫星钟差预报精度㊂在分析卫星钟速率变化特征时,鉴于原子钟在1h 内的频率漂移可以忽略不计,用线性函数估计每小时的时钟率,并将起始时刻的钟速与零对齐,比较分析各卫星钟差的钟速变化特征㊂1.2㊀钟差数据预处理分析中心发布的GNSS卫星钟差产品大都是以天为单位计算和发布㊂由于受到各天的初始条件㊁不同量级的大气㊁多路径等误差的影响,导致解算的钟差序列中通常会在天与天的交界处出现跳变现象,称为 天间跳变 [14]㊂卫星钟差序列的天间跳变现象十分频繁,且达ns量级㊂这些误差会对基于连续多天钟差数据的卫星钟性能评估造成严重影响,从而大大低估卫星钟的在轨性能㊂因此,在评估钟差各类性能之前,需要首先对各卫星钟差序列的天间跳变进行修复㊂此外,还需对钟差序列中的异常值进行探测和剔除㊂在对卫星钟差序列异常值探测预处理时,首先将卫星钟差序列由时域转换到频率域,使用5倍中位数(MAD)探测粗差㊂中位数可表示为:MAD=Median{|yi-m|/0.6745},(2)式中:y i为频率域钟差序列值,m为钟差序列的中间数,即m=Median{y i}㊂当观测量|y i|>(m+ n㊃MAD)时(本文n=5),认为是粗差点,将该钟差值剔除㊂在频域将异常值探测并剔除后,再转回时间域,获取一个 干净 的卫星钟差时间序列㊂1.3㊀频率稳定性模型频率稳定性反映了卫星时钟在时间和频率域的相位和频率波动的特征㊂Allan方差是频率稳定性的最常用的时域测量方法㊂不同于其他类型的频率稳定性模型,Allan方差对大多数类型的时钟噪声都收敛,能够更贴切地反映卫星钟的频率稳定性[15]㊂因此,本文采用Allan方差进行频率稳定性分析㊂Allan方差可以表示为[16]:σ2y(τ)=12(N-2)τ2ðN-2i=1[x i+2-2x i+1+x i]2,(3)式中:x i为第i个钟差数据,τ为平滑时间,σy(τ)为Allan方差㊂2㊀评估所用数据卫星精密钟差产品作为星载原子钟性能评估的数据源,其解算精度在很大程度上影响性能评估的结果㊂因此本文基于当前发布产品精度最高的IGS MGEX分析中心的钟差序列开展在轨性能评估㊂MGEX分析中心发布包含GPS㊁BDS㊁Galileo等多导航系统的精密轨道和钟差产品[17]㊂本文基于武汉大学MGEX分析中心(WUM)2019年12月18 28日的精密钟差产品[18],对BDS-3卫星的星载原子钟的在轨性能开展评估,其星载原子钟信息如表1所示㊂此外,本文对首颗GPS III卫星和最新发射的4颗Galileo FOC卫星的星载原子钟在轨性能开展分析,并与BDS-3的星载原子钟性能进行对比㊂分别选取IGS和COD分析中心发布的最终精密钟差产品评估GPS III和Galileo FOC的星载原子钟的在轨性能㊂为了排除钟差产品采样间隔对评估结果的影响,WUM㊁IGS和COD的卫星钟差产品的采样间隔设置为30s㊂表1㊀BDS-3卫星星载原子钟信息统计Tab.1㊀Statistics of onboard atomic clock information of BDS-3satellite卫星编号PRN主钟制造商BDS3-M1C19RAFS CASTBDS3-M2C20RAFS CASTBDS3-M3C21RAFS CASTBDS3-M4C22RAFS CASTBDS3-M5C23RAFS CASTBDS3-M6C24RAFS CASTBDS3-M7C27PHM SECMBDS3-M8C28PHM SECMBDS3-M9C29PHM SECMBDS3-M10C30PHM SECMBDS3-M11C25PHM SECMBDS3-M12C26PHM SECMBDS3-M13C32RAFS CASTBDS3-M14C33RAFS CASTBDS3-M15C34PHM SECMBDS3-M16C35PHM SECMBDS3-M17C36RAFS CASTBDS3-M18C37RAFS CAST3㊀钟差序列噪声分析在开展星钟性能评估前,对卫星钟差时间序列进行数据完整性检查和噪声分析㊂首先,检查卫星钟差时间序列的完整性㊂考虑到BDS-3C32和C37的钟差时间序列在所选评估时段缺失数据较多,因此本文不对其进行评估㊂然后,采用小时尺度的二次拟合计算拟合残差,以此分析卫星钟差时间序列的随机噪声水平㊂BDS-3㊁GPS III和Galileo FOC卫星钟差时间序列的随机噪声水平如表2所示㊂表2㊀卫星钟差时序的随机噪声水平Tab.2㊀Random noise level in the satellite clock offset time series单位:ns分析结果表明,BDS-3和Galileo FOC的卫星钟差时间序列的噪声水平分别为0.014㊁0.011ns㊂GPS III卫星钟差时间序列的随机噪声为0.021ns,其噪声水平大于BDS-3和Galileo FOC星钟㊂因此,对GPS III卫星的钟差序列进行了进一步分析,如图1所示㊂图1㊀GPS III卫星钟差时间序列随机噪声序列(2019年12月18—28日)Fig.1㊀Random noise of the GPS III clock offset time series between December18and28,2019 GPS III G04卫星的钟差时间序列在2019年12月18日17:00时突然出现噪声增大的现象,并持续到次日21:00,导致G04钟差时间序列产生了较大的随机噪声㊂该现象并不属于存在异常值的情形,可能是卫星钟存在特殊操作导致,因此基于5-MAD的预处理方法无法消除该段连续异常的数据㊂为了避免影响评估结果,清除了该段异常数据㊂剔除异常时段后,G04时钟序列的随机噪声降低至0.017ns㊂对于最新的4颗Galileo 卫星钟差时间序列,拟合残差并未显示异常㊂然而,4颗Galileo 卫星钟的频率时间序列在2019年12月26日均出现了异常发散的现象,如图2所示㊂(a )E13卫星钟频域时序(b )E15卫星钟频域时序(c )E33卫星钟频域时序(d )E36卫星钟频域时序图2㊀Galileo 卫星钟频域时序Fig.2㊀Frequency time series of four most-recent Galileosatellite clocks为了保证Galileo 星载原子钟性能评估的准确性,在数据分析前剔除了Galileo 卫星相应时段的卫星钟差数据㊂数据预处理后,BDS-3㊁GPS III 和最新4颗Galileo 星载原子钟的时钟频域序列如图3所示㊂(a )BDS-3C19卫星钟频域时序(b )BDS-3C20卫星钟频域时序(c )BDS-3C21卫星钟频域时序(d )BDS-3C22卫星钟频域时序(e )BDS-3C23卫星钟频域时序(f )BDS-3C24卫星钟频域时序(g )BDS-3C25卫星钟频域时序(h )BDS-3C26卫星钟频域时序(i )BDS-3C27卫星钟频域时序(j )BDS-3C28卫星钟频域时序(k )BDS-3C29卫星钟频域时序(l )BDS-3C30卫星钟频域时序(m)BDS-3C33卫星钟频域时序(n)BDS-3C34卫星钟频域时序(o)BDS-3C35卫星钟频域时序(p)BDS-3C36卫星钟频域时序(q)GPS G04卫星钟频域时序(r)Galileo E13卫星钟频域时序(s)Galileo E15卫星钟频域时序(t)Galileo E33卫星钟频域时序(u)Galileo E36卫星钟频域时序图3㊀BDS-3㊁GPS III和Galileo FOC卫星钟频域时序Fig.3㊀Frequency time series of BDS-3,GPS III and Galileo FOC satellite clocks4㊀性能评估结果4.1㊀频率稳定性本文采用经典的Allan方差评估BDS-3㊁GPS III 和Galileo FOC卫星星载原子钟的频率稳定性㊂在计算过程中,不采用插值的方法重建缺失时段的钟差数据,以免引入其他的偏差,只使用现有的钟差时间序列计算Allan方差,该方法可对卫星钟的频率稳定性进行精准的评估㊂在评估RAFS的频率稳定性之前,通过消除其二阶项的方法去除卫星钟差时间序列的漂移趋势㊂BDS-3㊁GPS III和Galileo FOC 原子钟的频率稳定性如表3和图4所示㊂表3㊀BDS-3㊁GPS III和Galileo FOC星载原子钟频率稳定性统计结果Tab.3㊀Frequency stability of BDS-3,GPS III and Galileo onboard atomic clocksPRN主钟平滑时间1000s10000s86400s C19RAFS 5.28ˑ10-14 2.00ˑ10-147.89ˑ10-15 C20RAFS 4.27ˑ10-14 2.52ˑ10-14 1.29ˑ10-14续表PRN主钟平滑时间1000s10000s86400s C21RAFS 5.39ˑ10-14 2.09ˑ10-14 1.16ˑ10-14 C22RAFS 4.10ˑ10-14 2.81ˑ10-14 1.17ˑ10-14 C23RAFS 4.00ˑ10-14 2.91ˑ10-148.91ˑ10-15 C24RAFS 3.44ˑ10-14 3.08ˑ10-149.11ˑ10-15 C25PHM 4.00ˑ10-14 2.47ˑ10-14 6.00ˑ10-15 C26PHM 4.20ˑ10-14 2.37ˑ10-14 4.29ˑ10-15 C27PHM 3.64ˑ10-14 2.24ˑ10-14 4.23ˑ10-15 C28PHM 3.80ˑ10-14 2.10ˑ10-14 3.47ˑ10-15 C29PHM 3.81ˑ10-14 2.23ˑ10-14 4.03ˑ10-15 C30PHM 3.88ˑ10-14 2.26ˑ10-14 3.62ˑ10-15 C33RAFS 3.89ˑ10-14 2.76ˑ10-14 1.12ˑ10-14 C34PHM 4.98ˑ10-14 2.75ˑ10-14 4.76ˑ10-15 C35PHM 4.59ˑ10-14 2.59ˑ10-14 6.56ˑ10-15 C36RAFS 5.62ˑ10-14 2.66ˑ10-148.61ˑ10-15 G04RAFS 4.41ˑ10-14 2.05ˑ10-14 6.10ˑ10-15 E13PHM 2.86ˑ10-14 1.73ˑ10-14 6.75ˑ10-15 E15PHM 2.28ˑ10-14 1.52ˑ10-14 5.04ˑ10-15 E33PHM 3.24ˑ10-14 1.72ˑ10-14 5.19ˑ10-15 E36PHM 2.87ˑ10-14 1.70ˑ10-14 6.04ˑ10-15(a)BDS-3/GPS III卫星铷钟Allan 方差(b)BDS-3/Galileo卫星氢钟Allan方差图4㊀BDS-3/GPS III星载铷钟和BDS-3/Galileo星载氢钟Allan方差Fig.4㊀Allan variances of BDS-3/GPS III RAFSs and BDS-3/Galileo PHMs分析结果表明,BDS-3RAFS和PHM的千秒稳的波动分别为3.44ˑ10-14~5.62ˑ10-14和3.64ˑ10-14~4.98ˑ10-14,其千秒稳平均值分别为4.50ˑ10-14和4.11ˑ10-14㊂Galileo FOC PHM的千秒稳波动为2.28ˑ10-14~3.24ˑ10-14,其千秒稳平均值为2.81ˑ10-14㊂GPS III RAFS的千秒稳为4.41ˑ10-14㊂BDS-3RAFS的千秒稳平均值与BDS-3PHM和GPS III RAFS相当,而Galileo FOC PHM表现出更好的千秒稳定性㊂BDS-3RAFS和PHM的万秒稳的波动分别为2.00ˑ10-14~3.08ˑ10-14和2.10ˑ10-14~2.75ˑ10-14,其万秒稳平均值分别为2.60ˑ10-14和2.38ˑ10-14㊂Galileo FOC PHM的万秒稳波动为1.52ˑ10-14~1.73ˑ10-14,其万秒稳平均值为1.67ˑ10-14㊂GPS III RAFS的万秒稳为2.05ˑ10-14,与Steigenberger等[19]的评估结果基本一致㊂Galileo FOC PHM的平均万秒频率稳定性优于其他卫星钟㊂BDS-3RAFS和PHM的天稳的波动分别为7.89ˑ10-15~12.90ˑ10-15和3.47ˑ10-15~6.56ˑ10-15,其天稳平均值分别为10.24ˑ10-15和4.62ˑ10-15㊂Galileo FOC PHM的天稳波动为5.04ˑ10-15~6.75ˑ10-15,其天稳平均值为5.76ˑ10-15㊂GPS III RAFS的天稳为6.10ˑ10-15㊂BDS-3PHM的平均天稳略优于GPS III RAFS和Galileo FOC PHM,但相比之下,BDS-3RAFS天稳定性相对较差㊂4.2㊀钟差预报精度导航卫星的钟差预报精度是直接影响其服务精度的重要因素㊂因此,对BDS-3㊁GPS III和Galileo FOC卫星钟差的短期㊁中期和长期的预报精度开展评估㊂短㊁中㊁长期卫星钟差预报分别基于每2㊁24h 和3d的卫星钟差数据,预报之后的2㊁10h和7d 的卫星钟差㊂其中,短期和长期钟差预报分别采用线性和二次多项式卫星钟差模型㊂RAFS和PHM 的中期卫星钟差预报分别采用二次拟合模型和线性钟差模型㊂BDS-3㊁GPS III和Galileo FOC卫星钟差的预报精度如表4和图5所示㊂表4㊀BDS-3㊁GPS III和Galileo FOC钟差预报精度统计结果Tab.4㊀Prediction accuracies of BDS-3,GPS III and Galileo satellite clocks单位:ns PRN短期预报精度中期预报精度长期预报精度C190.150.47 3.57C200.160.3810.08C210.150.44 5.53C220.160.62 6.72C230.150.43 4.24C240.150.45 4.63C250.170.31 3.13C260.170.23 2.00C270.150.23 1.81C280.140.19 2.14C290.150.21 2.48C300.150.20 1.38C330.150.677.64C340.170.26 2.82C350.170.36 2.65C360.170.44 5.92G040.140.40 3.50E130.110.25 4.26E150.100.238.34E330.110.26 3.50E360.100.23 3.86(a)卫星钟差短期预报精度(b)卫星钟差中期预报精度(c)卫星钟差长期预报精度图5㊀BDS-3/GPS III/Galileo星载原子钟短期㊁中期和长期钟差预报精度Fig.5㊀Clock prediction accuracies of short-term,medium-term,and long-term BDS-3/GPS III RAFS andBDS-3/Galileo PHM分析结果表明,BDS-3RAFS与PHM的短期预报精度相当,2h预报精度平均值均为0.16ns㊂GPS III RAFS的短期预报精度为0.14ns㊂Galileo FOC PHM的短期钟差预报精度略好于BDS-3和GPS III,其平均预报精度为0.11ns,这可能得益于其钟差序列的低随机噪声水平㊂卫星钟差中期预报精度统计结果表明,BDS-3 RAFS与GPS III RAFS精度基本相当,其平均精度分别为0.49㊁0.40ns㊂BDS-3PHM和Galileo FOC PHM的中期预报精度相当,其平均精度分别为0.25㊁0.23ns㊂㊀BDS-3PHM的钟差长期预报平均精度为2.3ns,优于BDS-3RAFS㊁GPS III RAFS和Galileo FOC PHM(E15除外),其平均预报精度分别为6.04㊁3.50㊁3.87ns㊂由于Galileo E15卫星存在长时间的钟差数据缺失,因此无法正确评估其长期钟差预报精度㊂4.3㊀钟速变化分析卫星钟速变化表示星载原子钟在一段时间内的频率偏差,是卫星钟长期守时能力的一个重要指标㊂本节分析了BDS-3㊁首颗GPS III和最新4颗Galileo FOC卫星星载原子钟的钟速变化特征㊂星载原子钟的10d时钟速率变化统计结果如表5和图6所示㊂表5㊀BDS-3㊁GPS III和Galileo FOC星载原子钟钟速变化统计结果Tab.5㊀Clock rate variations of BDS-3,GPS III and Galileo onboard atomic clocks单位:s/sPRN主钟10d钟速变化C19RAFS8.24ˑ10-14C20RAFS-1.41ˑ10-12C21RAFS-1.13ˑ10-12C22RAFS-1.29ˑ10-12C23RAFS-1.96ˑ10-12C24RAFS-1.21ˑ10-12C25PHM 4.30ˑ10-14C26PHM 1.11ˑ10-14C27PHM-2.22ˑ10-14C28PHM-1.52ˑ10-14C29PHM-3.57ˑ10-15C30PHM-3.33ˑ10-14C33RAFS-1.07ˑ10-12C34PHM-9.89ˑ10-15C35PHM-4.92ˑ10-15C36RAFS-1.16ˑ10-12G04RAFS-3.30ˑ10-13E13PHM 2.31ˑ10-14E15PHM 2.36ˑ10-14E33PHM 5.09ˑ10-14E36PHM 1.12ˑ10-14(a)BDS-3/GPS III 卫星铷钟钟速变化(b)BDS-3/Galileo卫星氢钟钟速变化图6㊀BDS-3/GPS III RAFS和BDS-3/Galileo PHM钟速变化特征Fig.6㊀Features of clock rate variations of BDS-3/GPS III RAFS and BDS-3/Galileo PHM分析结果表明,BDS-3RAFS和PHM的10d钟速变化分别为1.16ˑ10-12㊁1.79ˑ10-14s/s㊂该结果表明,BDS-3PHM的频率漂移比BDS-3RAFS约小2个数量级㊂其中,相比于其他的BDS-3PHM,C29和C35的钟速变化极小㊂GPS III RAFS和Galileo FOC PHM的10d钟速变化分别为3.30ˑ10-13㊁2.72ˑ10-14s/s,其频率漂移均大于BDS-3PHM㊂值得注意的是,BDS-3C19RAFS的10d时钟率变化远小于其他BDS-3RAFS㊂5㊀结束语本文从频率稳定性㊁钟差预报精度和钟速变化特征3个方面对BDS-3㊁首颗GPS III和最新4颗Galileo FOC卫星的星载原子钟在轨性能进行了全面研究分析,得到的主要结论如下:①BDS-3PHM的平均天稳定性为4.62ˑ10-15,略好于首颗GPS III和最新4颗Galileo FOC卫星的天稳定性;Galileo FOC PHM的千秒稳和万秒稳指标优于BDS-3和GPS III星载原子钟;GPS III RAFS的千秒稳和万秒稳指标与BDS-3PHM相当㊂②BDS-3PHM2㊁10h和7d钟差预报精度分别为0.16㊁0.25㊁2.3ns,其短期和中期预报精度与Galileo FOC PHM相当,其长期钟差预报精度优于GPS III和Galileo FOC卫星星载原子钟㊂③BDS-3RAFS和PHM的10d钟速变化分别为1.16ˑ10-12㊁1.79ˑ10-14s/s;BDS-3PHM的频率漂移约比BDS-3RAFS小2个数量级,具有更加稳定的长期守时能力;GPS III RAFS和Galileo FOC PHM的10d钟速变化分别为3.30ˑ10-13㊁2.72ˑ10-14s/s,表明其卫星钟的长期守时能力差于BDS-3 PHM㊂㊀④值得注意的是,BDS-3C19RAFS的在轨性能远好于其他RAFS,特别是在频率稳定性和10d钟速变化2个指标上,其性能可与BDS-3PHM媲美㊂综上所述,BDS-3RAFS的短期在轨性能与GPS III RAFS相当,BDS-3PHM的长期在轨性能优于首颗GPS III和最新4颗Galileo FOC卫星的星载原子钟㊂参考文献[1]㊀熊定喜,郭树人,康立.Galileo卫星星钟故障前后信号质量分析[J].飞行器测控学报,2017,36(6):432-441.[2]㊀YANG Y X,GAO W G,GUO S R,et al.Introduction toBeiDou-3Navigation Satellite System[J].Navigation,2019,66(1):7-18.[3]㊀CHEN J P,HU X 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