重力场反演双星微米级测距误差特性研究

发布时间：2017-04-21 11:00

  本文关键词：重力场反演双星微米级测距误差特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地球重力场的反演精度对地球科学等领域的研究具有极为重要的作用。目前有多种测量体制,比较之下,双星测量具有较高的精度。为了保障反演结果有足够高的精度,要求双星测距达到微米级精度。在双星测量中,影响测量结果精度的因素很多,主要有频率源、时间同步、双星星间距离、卫星的姿态和摄动、电离层等。本文重点研究了重力场双星精密测距核心体制——单向双程测距体制和影响该体制测量精度的误差因素,提出在后期数据处理中减小或者消除误差因素的方案,并对全系统、误差因素和后期数据处理进行建模仿真,从而得出各项误差对测距精度的影响。首先,本论文详细介绍了双向单程测距的基本原理,将精密测距中的误差按照系统误差和随机误差进行分类研究,得到影响系统测距精度的主要因素有超稳晶振、时间同步、电离层、星间距离、卫星姿态与摄动等,并对部分误差的常用建模方案进行比对,决定实际误差因素的仿真方案。随后,针对测距精度影响因素提出后期数据处理方案。该部分利用GNSS给出的时标校准信息来校正双星时间不同步引入的误差;利用双频电离层校正改正电离层延时对测距产生的影响;通过理论公式推导,得出光时、几何误差对测距精度的影响,得到相应的光时矫正值和几何距离校正值;最后通过对比差分和滤波方式对测距精度的影响,选取降速率滤波器获取双星距离、速度和加速度。然后,通过全系统仿真,验证后期数据处理的正确性。本文中采用距离差值来评估系统的测距精度。向系统中加入单一或者若干项误差,通过对含差测距值和校正后测距值比对,得到系统的精度,来对误差模型的建模和校正方案进行验证,若系统精度满足微米级测距要求,则认为采用的后期数据误差校正方案的正确。最后,给出系统几项主要误差源对系统测距精度影响的具体测试结果,这几种误差包括:相位噪声,时间同步,星间距离。给出相位噪声时域表征方法,采用分数阶积分法生成各个分量噪声,合成相位噪声,并用功率谱估计等方式来进行仿真相位噪声和实测相位噪声比对。将利用该方法得到的多组相位噪声输入系统,得到不同相位噪声及艾伦方差对测距精度的影响。之后,简要介绍了时间同步和双星间距的实现方案,并通过大量实验,得到二者对测距精度的影响。目前,该领域中没有误差因素对系统精度影响的具体研究,此外,基本所有研究也都集中在双星星上系统,也都没有后期数据处理模块的详细实现,因此本论文中的研究内容对具体的工程实践具有非常重要的作用和价值。
【关键词】：重力场反演 星间测距 微米级测距精度 误差模型 后期数据处理
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P228;P223
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 研究背景12
• 1.2 研究现状12-14
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14
• 1.3 研究内容及意义14-15
• 1.4 论文章节安排15-16
• 1.5 本章小结16-17
• 第二章 重力场反演双星精密测量技术17-34
• 2.1 双星精密测距双向单程测距体制17-20
• 2.1.1 双向单程测距体制17-20
• 2.1.2 单双程测距对比20
• 2.2 双星精密测距中的误差来源分析20-32
• 2.2.1 晶体振荡器20-21
• 2.2.2 时间同步21-22
• 2.2.3 卫星姿态与摄动22-30
• 2.2.3.1 姿态四元数22-24
• 2.2.3.2 坐标系24-25
• 2.2.3.3 坐标系转化25-28
• 2.2.3.4 多径效应28-30
• 2.2.4 电离层30-32
• 2.2.5 天线偏差32
• 2.2.6 温度32
• 2.3 本章小结32-34
• 第三章 接收机及数据后处理过程34-43
• 3.1 数字接收机34-36
• 3.2 后期数据处理36-42
• 3.2.1 时标校正处理36-37
• 3.2.2 双频电离层延时校正处理37-38
• 3.2.3 光时校正处理38-39
• 3.2.4 星间距离、速度和加速度获取39-41
• 3.2.5 小结41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 系统误差模型仿真及分析43-65
• 4.1 系统仿真精度分析方法43
• 4.2 仿真结果分析43-63
• 4.2.0 高斯噪声仿真结果分析44-46
• 4.2.1 电离层仿真结果46-48
• 4.2.2 几何位置偏差仿真结果48-49
• 4.2.3 相位噪声仿真结果49-58
• 4.2.4 光时误差仿真结果58-59
• 4.2.5 多径误差仿真结果59-61
• 4.2.6 时间同步误差仿真结果61-62
• 4.2.7 所有误差仿真结果62-63
• 4.3 本章小结63-65
• 第五章 测距精度影响因素误差特性分析65-85
• 5.1 超稳晶振误差特性分析65-78
• 5.1.1 超稳晶振建模65-67
• 5.1.1.1 分数阶积分法65-67
• 5.1.1.2 仿真方案67
• 5.1.2 超稳晶振仿真结果67-78
• 5.1.2.1 分量幂率谱权重系数拟合67-68
• 5.1.2.2 IIR法生成 1/f或 1/f2幂率谱分量噪声68-71
• 5.1.2.3 IIR法生成 1/f3幂率谱分量噪声71-72
• 5.1.2.4 IIR法生成 1/f4幂率谱分量噪声72-74
• 5.1.2.5 IIR法生成相位噪声74-75
• 5.1.2.6 相位噪声阿伦方差仿真结果75-78
• 5.2 时间同步误差特性分析78-82
• 5.2.1 双星时间同步78-80
• 5.2.2 时钟同步误差的实现80-81
• 5.2.3 时间同步仿真结果81-82
• 5.3 双星星间距对测距精度影响82-83
• 5.4 本章小结83-85
• 第六章 总结与展望85-87
• 6.1 全文总结85
• 6.2 后续工作展望85-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李雪;张其善;习清伶;钟兴旺;熊之凡;;基于异步通信链路的星间基线精密测量技术研究[J];电子与信息学报;2008年07期

2 戚兴华,王嘉松;利用小波变换对1/f信号进行参数估计[J];高等学校计算数学学报;2000年03期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 游为;应用低轨卫星数据反演地球重力场模型的理论和方法[D];西南交通大学;2011年

2 张瑞;多模GNSS实时电离层精化建模及其应用研究[D];武汉大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王远;振荡器相位噪声的分析和建模[D];安徽大学;2011年

  本文关键词：重力场反演双星微米级测距误差特性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：320162