GNSS星载原子钟性能分析理论与算法研究

发布时间：2017-10-15 10:36

  本文关键词：GNSS星载原子钟性能分析理论与算法研究

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【摘要】：导航定位的关键要素之一是在轨卫星所搭载的原子钟,一般为高性能的铷钟与铯钟,而最新发射的BDS卫星与Galileo卫星则为氢钟。卫星钟的性能一般用频率准确度、频率漂移率和频率稳定度等指标来衡量,此外,其钟差预报性能也是衡量其性能的一个重要指标。受空间各种因素的影响,在轨卫星钟的性能评估较之地面钟的评估难度更大,因此对在轨卫星钟进行性能评估是一项很有研究意义的课题。论文从卫星钟的时频理论与方法出发,对卫星钟的事后精密钟差产品进行了预处理与精度评定,分析了获取钟差引入的系统噪声。使用事后精密钟差产品分别分析了不同导航系统上使用的星载原子钟的性能,并进行了钟差预报的研究,对比分析了各导航系统的性能评估与钟差预报结果,其主要工作如下:1.针对MGEX精密钟差产品,采用频谱分析的方法,分别计算了四个系统各卫星钟差产品的精度。MGEX精密钟差产品精度分析表明,GPS铯钟的钟差精度最低,处于dm量级,而GPS铷钟的钟差精度普遍较高,处于cm量级;BDS MEO铷钟的钟差精度基本与GPS铷钟的钟差精度相当,也处于cm量级,GEO与IGSO铷钟的钟差精度则略差,处于dm量级;GLONASS铯钟的钟差精度与GPS铯钟的钟差精度均处于dm量级;Galileo IOV氢钟的钟差精度与GPSBLOCK IIF铷钟精度相当,均属于精度最高的卫星钟。另外,相同类型卫星钟的钟差精度基本一致,且变化幅度较小。2.利用MGEX精密钟差产品,对GNSS四个系统的在轨卫星钟性能进行了评估,分别计算了频率准确度、日漂移率与天稳定度。结果表明,GPS BLOCK IIF铷钟与Galileo IOV氢钟的综合性能最优,而同类型卫星钟的性能基本一致。BDS卫星钟的平均频率准确度在2.26×10-11量级,日频率漂移率在6.69×10-14量级,天稳定度在5.20×10-14量级;其频率准确度比其他系统低了一个数量级,MEO铷钟的日频漂与GPS铷钟相当,IGSO与GEO铷钟略差,BDS铷钟天稳定度与GPS BLOCK IIR铷钟相当,BDS MEO卫星钟的各项性能均优于GEO与IGSO卫星钟。此外,铷钟与氢钟的性能总体上优于铯钟。3.使用常用的多项式模型、灰色模型与ARIMA模型三种钟差模型,进行了短期(1天)与中长期(7天、15天与30天)的预报,三种钟差预报模型其短期预报精度基本相当,但是对比统计三种模型拟合与预报的RMS,ARIMA模型预报的准确性和稳定性要优于其它两种模型,本文认为其对钟差的短期预报效果最优。相比多项式模型与ARIMA模型,灰色模型在多数情况下更适合进行钟差的中长期预报。4.钟差获取会引入系统噪声,通过分析法与实测法分别对不同钟差获取方法的系统噪声进行分析。针对最常用的ODTS钟差获取方式,通过研究接入高精度原子钟的地面站钟差数据,定量计算出了ODTS系统噪声的影响水平,计算结果表明:IGS提供的精密钟差产品中的ODTS系统噪声影响在可接受的水平,可实现对GPS星载铷钟与铯钟的可靠评估;GBM提供的精密钟差产品中的ODTS系统噪声对北斗星载氢钟的影响不可忽视,其仅可对氢钟的天稳定度进行可靠评估。本文的分析结果,采用了大量数据进行计算,可信度较高,论文成果对卫星钟性能评估有一定的参考和借鉴意义。
【关键词】：GNSS 在轨原子钟 性能 钟差预报 系统噪声
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景与研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 GNSS卫星钟现状11-13
• 1.2.2 星载原子钟性能研究现状13-14
• 1.3 主要研究内容14-16
• 第二章 卫星钟性能评估基本理论与方法16-22
• 2.1 引言16
• 2.2 基本定义16-17
• 2.2.1 时间量16
• 2.2.2 频率量16-17
• 2.3 卫星钟性能指标17-20
• 2.3.1 频率准确度17
• 2.3.2 频率漂移率17-18
• 2.3.3 频率稳定度18-20
• 2.4 噪声类型20-21
• 2.4.1 噪声分类20
• 2.4.2 噪声识别20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 卫星钟在轨性能评估22-39
• 3.1 GNSS系统概况22-23
• 3.2 精密钟差产品绘图分析23-28
• 3.3 精密钟差数据预处理28-29
• 3.3.1 数据转换28
• 3.3.2 数据跳变28-29
• 3.3.3 粗差剔除29
• 3.3.4 数据缺失与间断29
• 3.4 精密钟差产品精度评估29-32
• 3.4.1 MGEX精密钟差产品29
• 3.4.2 钟差拟合、频谱分析29-30
• 3.4.3 白噪声检验30
• 3.4.4 GBM钟差产品精度结果分析30-32
• 3.5 GNSS卫星钟性能评估32-37
• 3.5.1 准确度33-34
• 3.5.2 漂移率34
• 3.5.3 稳定度34-35
• 3.5.4 GNSS卫星钟性能比较分析35-37
• 3.6 本章小结37-39
• 第四章 卫星钟差预报基本理论与方法39-45
• 4.1 引言39
• 4.2 参数估计原理39-42
• 4.2.1 序贯最小二乘参数估计39-41
• 4.2.2 卡尔曼滤波参数估计41-42
• 4.3 常用钟差预报模型基本原理42-44
• 4.3.1 多项式模型42
• 4.3.2 灰色模型GM（1,1）42-44
• 4.3.3 时间序列模型ARIMA（p,d,q）44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 GNSS星载卫星钟钟差预报分析45-56
• 5.1 引言45
• 5.2 卫星钟差短期预报45-50
• 5.2.1 多项式模型45-47
• 5.2.2 灰色模型47-49
• 5.2.3 ARIMA（p,1,q）模型49-50
• 5.2.4 比对分析50
• 5.3 卫星钟差中长期预报50-54
• 5.3.1 多项式模型51
• 5.3.2 灰色模型51-52
• 5.3.3 ARIMA模型52
• 5.3.4 对比分析52-54
• 5.4 本章小结54-56
• 第六章 系统噪声对星载钟性能评估影响分析56-66
• 6.1 引言56
• 6.2 系统噪声分析法56-61
• 6.2.1 分析法原理56
• 6.2.2 无线电双向法56-58
• 6.2.3 卫星激光双向法58
• 6.2.4 伪距与卫星激光测距比对法58-59
• 6.2.5 无线电单向法59-60
• 6.2.6 卫星定轨与时间同步法60
• 6.2.7 系统噪声分析法总结60-61
• 6.3 系统噪声实测法61-65
• 6.4 本章小结65-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士期间取得的研究成果73-74
• 致谢74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王宇谱;吕志平;孙大双;王宁;;一种改进钟差二次多项式模型的导航卫星钟差预报方法[J];天文学报;2016年01期

2 王宇谱;吕志平;宫晓春;周海涛;王宁;;几种卫星钟差预报模型预报效果的分析与比较[J];大地测量与地球动力学;2015年03期

3 王宇谱;吕志平;陈正生;黄令勇;;基于灰色模型与小波神经网络的卫星钟差预报方法[J];大地测量与地球动力学;2014年03期

4 席超;蔡成林;李思敏;李孝辉;李志斌;邓克群;;基于ARMA模型的导航卫星钟差长期预报[J];天文学报;2014年01期

5 雷雨;赵丹宁;高玉平;;基于灰色系统和神经网络的钟差预报[J];时间频率学报;2013年03期

6 马瑞;施闯;;基于北斗卫星导航系统的精密单点定位研究[J];导航定位学报;2013年02期

7 王继刚;胡永辉;何在民;杨海彦;侯娟;;组合模型预报导航卫星钟差[J];大地测量与地球动力学;2012年01期

8 李冲;黄观文;谭理;曾衍伟;;抗差自适应卡尔曼滤波在GPS精密单点定位中的应用[J];测绘科学;2011年04期

9 黄观文;杨元喜;张勤;;开窗分类因子抗差自适应序贯平差用于卫星钟差参数估计与预报[J];测绘学报;2011年01期

10 贾小林;冯来平;毛悦;杨海彦;;GPS星载原子钟性能评估[J];时间频率学报;2010年02期

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本文编号：1036649