GPS接收机时钟模型建立技术研究

发布时间：2017-04-02 06:02

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【摘要】：在目前四大卫星导航系统中，GPS系统是应用最成熟的导航系统。而现有的授时手段中，卫星授时已成为应用最为广泛的授时技术。利用GPS卫星导航系统进行授时时不仅需要解算出接收机的钟差，还需要对接收机钟差数据进行建模分析并预报出接收机未来时刻的钟差值。因此对GPS接收机时钟模型的建立技术进行研究就显得非常重要。 为了更好的对接收机钟差的未来状态做出科学、准确地预报，本文除使用目前应用较为广泛的二次多项式模型以外，还将卡尔曼理论模型和灰色理论模型应用到接收机钟差分析预报中。论文分别对三种模型的理论进行了描述并推导了相应模型在接收机中的应用以及相关参数的求解。 同时本文对三种模型均采用滑动的方式不断引入新的接收机钟差数据，并剔除旧数据，以防止老旧数据对钟差预报造成影响，保证模型参数的准确性，使预报出的钟差值能更好的根据当前的变化趋势做出相应的改变。由于钟差预报精度主要受钟差建模的点数和模型预报的时间间隔两个方面的影响，因此对三种模型分别采用窗口长度为1分钟、3分钟和5分钟不同时长的仿真数据进行建模，并以滑动的形式分别预报其后1秒、30秒和60秒的接收机钟差值。 采用接收机实际接收到的卫星数据对三种预报模型进行仿真验证，其仿真结果表明：对于少量接收机钟差数据需要建立预报模型时，二次多项式模型和卡尔曼理论模型只适用于短期钟差预报，而长期预报的精度较差；但对于灰色理论模型来说，不论是短期预报还是长期预报，其预报精度都要优于二次多项式模型和卡尔曼理论模型。当采用较多数据进行建模时，三种模型预报精度相差不大。通过对三种模型算法的复杂度、预报精度等方面进行评价，同时考虑到实际接收机应用中的计算量，最后选出了最适合接收机实际应用的模型——灰色理论模型。 以上述研究结论为基础，进一步分析了接收机在只能接收到3颗卫星信号的恶劣环境下如何利用灰色理论模型预报出的钟差数据来辅助接收机实现三维定位，并对辅助定位的方法进行了仿真验证。其结果表明，钟差辅助定位的方法可以在短时间内辅助接收机实现三维定位，提高了接收机在恶劣环境下定位的连续性。
【关键词】：时钟模型 接收机钟差 二次多项式 卡尔曼理论 灰色理论
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（国家授时中心）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 图表目录9-11
• 1 绪论11-15
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 研究内容与组织结构13-15
• 2 定时基本原理15-29
• 2.1 时间系统和频率指标15-17
• 2.1.1 时间系统15-16
• 2.1.2 频率指标16-17
• 2.2 全球导航卫星系统简介17-20
• 2.2.1 GPS 系统18
• 2.2.2 GLONASS 系统18-19
• 2.2.3 GALILEO 系统19-20
• 2.2.4 北斗系统（BDS）20
• 2.3 伪距观测量定位20-26
• 2.3.1 伪距观测量的概念20-22
• 2.3.2 接收机位置解算22-24
• 2.3.3 接收机精度分析24-26
• 2.4 接收机钟差求解26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 3 接收机钟差求解的误差分析29-37
• 3.1 与卫星有关的误差29-31
• 3.1.1 卫星时钟误差29-30
• 3.1.2 卫星星历误差30
• 3.1.3 相对论效应30-31
• 3.2 与信号传播过程有关的误差31-35
• 3.2.1 电离层延时误差31-32
• 3.2.2 对流层延时误差32-34
• 3.2.3 多路径效应34-35
• 3.3 与接收机有关的误差35
• 3.4 本章小结35-37
• 4 接收机钟差预测模型的建立37-63
• 4.1 引言37-38
• 4.2 接收机钟差的二次多项式模型38-42
• 4.2.1 二次多项式模型的建立38-39
• 4.2.2 算例分析39-42
• 4.3 接收机钟差的卡尔曼理论模型42-48
• 4.3.1 卡尔曼理论模型的建立42-45
• 4.3.2 算例分析45-48
• 4.4 接收机钟差的灰色理论模型48-55
• 4.4.1 灰色理论模型的建立48-52
• 4.4.2 算例分析52-55
• 4.5 模型分析与比较55-61
• 4.6 本章小结61-63
• 5 钟差预测模型辅助接收机定位63-69
• 5.1 引言63
• 5.2 接收机钟差模型辅助定位63-65
• 5.3 算法仿真与分析65-67
• 5.4 本章小结67-69
• 6 总结与展望69-71
• 6.1 总结69
• 6.2 展望69-71
• 参考文献71-75
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：281964