GNSS在轨卫星钟特性分析及钟差预报研究

发布时间：2017-05-25 11:03

  本文关键词：GNSS在轨卫星钟特性分析及钟差预报研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着GLONASS和GPS系统在轨星载原子钟的老龄化和近年新发射卫星钟的现代化现象并存，卫星钟的特性指标除会发生相应的变化还并存着一定的差异性。另外，我国的BDS系统从2007年发射首颗导航卫星后，目前已成功发射了16颗导航卫星，正式提供覆盖亚太平洋地区的全天候区域导航定位服务。因此，有必要研究GNSS在轨卫星钟的特性变化规律，从而保障导航定位以及时频传递的精度。相比其他系统，BDS在轨卫星钟差呈现出突发性、非连续性以及难以预测等新的特征，常规的钟差模型和算法无法有效解决这些问题。因此，本文采用GNSS精密卫星钟差产品研究其卫星钟的在轨特性、钟差预报模型及预报算法。同时，考虑到系统时差和卫星钟差的密切关系，本文还研究了BDS/GPS系统时差实时预报模型。本文主要研究内容和成果包括： （1）针对GLONASS/GPS在轨卫星钟，采用二次多项式拟合卫星钟差模型，得到了GLONASS与GPS在轨卫星钟的相位、频率、频漂以及残差序列，最后采用改进总方差和哈达玛总方差分别计算了Cs钟和Rb钟的稳定度指标，揭示了GLONASS和GPS在轨卫星钟的相位、频率、频漂及残差指标的变化规律；发现GPS BLOCK IIF型卫星钟稳定度最高，其次是GPS BLOCK IIR-MIIR型Rb钟和在轨时间较短的GLONASS卫星钟，然后是GPS BLOCK IIA型Cs钟和在轨时间较长的GLONASS卫星钟，稳定度最差的是GPS BLOCK IIA型Rb钟。 （2）针对BDS在轨卫星钟，评价了所有在轨卫星钟的千秒稳及其随时间的变化趋势、GEO/IGSO/MEO以及星座的千秒稳均值。结果表明，除了个别卫星钟千秒稳的时间序列出现跳变，其它卫星均相对平稳；BDS卫星星座的千秒稳均值为1.69E-13，GEO卫星钟的千秒稳均值最小，数值为1.64E-13；IGSO其次，数值为1.68E-13；MEO最大，数值为1.77E-13。 （3）针对IGU预报钟差中存在起点偏差的现象，提出了削弱这种系统性偏差的方法，分析了改进后IGU预报钟差的精度，发现了改进后的IGU预报钟差的残差比改进前更小、更集中；越靠近预报部分起点，起点偏差的改进效果越明显；改进后GPS星座的钟差内符合精度提高了16.2-23.8％，提高了GPS时间系统的稳定性；接收机钟差动态解的精度提高了30.5-45.4％，对精密授时有一定的应用价值。 （4）在多项式模型的基础上，构建了顾及起点偏差改正和周期项改正的BDS卫星钟差预报模型，并且分析了在轨卫星钟相位跳变的特征，归纳了相位跳变的探测方法，进而获得了BDS钟差预报算法。结果表明：24小时和6小时平均钟差预报精度为7.91ns、2.27ns。 （5）针对BDS/GPS系统时差预报研究，在阐述GNSS系统时间定义的基础上，构造了适用于BDS/GPS系统时差的多项式预报模型，该模型在二次项参数选取、显著周期项确定以及观测权函数选择等方面进行了改进。同时，基于AR模型的预报特点，进一步构建了多项式和AR模型的组合时差预报方法。算例结果显示：新模型的单天时差预报精度优于0.4ns，，显著优于其他传统方法。
【关键词】：GNSS 卫星钟 稳定度 钟差预报 时差预报
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 引言11-12
• 1.2 研究现状12-15
• 1.2.1 星载原子钟性能特性研究方面13-14
• 1.2.2 卫星钟差模型及预报研究方面14-15
• 1.3 研究内容15-17
• 第二章 GNSS 在轨卫星钟特性分析的基本理论17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 数据预处理17-18
• 2.2.1 数据转换17
• 2.2.2 粗差探测方法17-18
• 2.2.3 数据跳变探测18
• 2.3 卫星钟的相位、频率、频漂确定方法18-19
• 2.3.1 相位、频率、频漂的含义18
• 2.3.2 相位、频率、频漂的数学推导过程18-19
• 2.3.3 相位、频率、频漂的估计方法19
• 2.4 卫星钟的稳定度分析模型19-26
• 2.4.1 稳定度的含义19-20
• 2.4.2 稳定度的计算模型20-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 GNSS 在轨卫星钟钟差预报的基本理论27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 卫星钟差的预报模型27-33
• 3.2.1 多项式预报模型27-28
• 3.2.2 灰色模型28-31
• 3.2.3 求和自回归滑动平均模型31-32
• 3.2.4 实时钟差预报模型32-33
• 3.3 卫星钟差的预报算法33-36
• 3.3.1 序贯最小二乘法33-35
• 3.3.2 卡尔曼滤波参数估计35-36
• 3.4 本章小结36-38
• 第四章 GNSS 在轨卫星钟的在轨特性分析38-55
• 4.1 引言38
• 4.2 GNSS 在轨卫星钟特性的分析模型38-39
• 4.2.1 粗差探测模型39
• 4.2.2 卫星钟差拟合模型39
• 4.2.3 卫星钟稳定度分析模型39
• 4.3 GLONASS/GPS 在轨卫星钟的特性分析39-50
• 4.3.1 数据预处理40-42
• 4.3.2 相位、频率、频漂和残差特性分析42-46
• 4.3.3 稳定度特性分析46-50
• 4.4 BDS 在轨卫星钟的特性分析50-53
• 4.4.1 BDS 在轨卫星钟的星座概况50-51
• 4.4.2 BDS 在轨卫星钟的稳定度分析51-52
• 4.4.3 BDS 在轨卫星钟千秒稳随时间变化趋势52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第五章 GNSS 在轨卫星钟的钟差预报分析55-71
• 5.1 引言55
• 5.2 一种提高 IGU 预报钟差产品精度的方法55-61
• 5.2.1 改进的 IGU 钟差预报模型55-57
• 5.2.2 改进的 IGU 预报钟差精度分析57-59
• 5.2.3 改进的 IGU 预报钟差对精密单点定位的影响59-61
• 5.3 一种顾及相位跳变的 BDS 在轨卫星钟差预报算法61-69
• 5.3.1 在轨卫星钟相位跳变的特征分析61-63
• 5.3.2 一种顾及相位跳变探测的钟差预报算法63-64
• 5.3.3 顾及相位跳变的北斗卫星钟差预报算法验证64-68
• 5.3.4 北斗在轨卫星钟的钟差预报性能分析68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第六章 BDS/GPS 系统时差的组合实时预报模型分析71-80
• 6.1 引言71
• 6.2 改进的多项式预报模型71-74
• 6.3 BDS/GPS 系统时差的组合实时预报模型74-78
• 6.3.1 组合实时预报模型的建立74-75
• 6.3.2 组合实时预报流程的步骤75-76
• 6.3.3 组合实时预报流程的实现76-78
• 6.4 组合实时预报模型精度分析78-79
• 6.5 本章小结79-80
• 结论与展望80-82
• 结论80-81
• 研究展望81-82
• 攻读学位期间取得的研究成果82-84
• 参考文献84-87
• 致谢87-88

【参考文献】

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本文编号：393507