基于样条插值和卡尔曼滤波的钟差预测方法研究

发布时间：2017-07-05 10:23

  本文关键词：基于样条插值和卡尔曼滤波的钟差预测方法研究

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【摘要】：GPS授时因其覆盖范围广、授时精度高的优良特性在全球范围内得到了广泛的应用。精确的轨道信息是精密定位和精确授时的基础,如何获得精确的卫星轨道信息和接收机钟差是GPS授时研究的关键技术,也是本文研究的重点。 对一般用户来说,卫星坐标是根据接收机收到的卫星导航电文中的广播星历参数按固定的公式来计算的。这种方法计算过程繁琐,会占用大量的内存,影响计算效率。目前较为常见的解决方法是对广播星历进行插值或拟合来获取较为精确的卫星坐标。本文先介绍了拉格朗日插值和三次样条插值算法,针对样条插值法边界条件难以获取的问题,提出将拉格朗日插值法与三次样条插值相结合的方法,并将该方法应用于IGS提供的星历数据进行插值得出卫星轨道数据,并给出了算法的计算精度,同时分析了插值阶数对精度的影响。在此基础上,由经过插值之后的卫星轨道参数计算接收机钟差。影响接收机钟差的误差按照性质可分为系统误差和随机误差两类。针对系统误差,可以利用经验模型进行消除；而随机误差难以模型化,本文提出用卡尔曼滤波方法来处理。由于卡尔曼滤波算法中初始参数的选择对滤波结果影响很大,论文接着对卡尔曼滤波初始参数的选择做了推导分析。最后对由插值的卫星轨道数值计算得到的接收机钟差进行卡尔曼滤波研究。实验结果表明,本文的钟差预测方法在一定程度上提高了接收机时钟的精度和稳定度。 文章的结尾总结了本文的工作,展望了下一步工作的方向。 通过分析实验结果,本文得到了以下有意义的结论： ●通过对星历数据进行数值内插,能够得到满足采样率要求的数据,同时亦能保证插值数据的误差在允许的范围内。对于接收机高速采集卫星信号的情况,可以借鉴此方法来提高采集的效率并减小计算的复杂度。 ●拉格朗日多项式插值适合于对计算量要求不大的应用场景,在阶数较低时能获得比较高的精度；三次样条插值则适用于边界条件容易获得且对计算速度要求较高的情况。 ●卡尔曼滤波能从带有噪声的信号中估计信号的真实值。实验结果证明,通过对接收机钟差数据进行卡尔曼滤波,能够比较准确地预测接收机的实际钟差,从而提高了授时的精度。
【关键词】：接收机钟差 卡尔曼滤波 样条插值 拉格朗日插值
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P228.4;P127.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 论文的意义及内容安排12-14
• 第二章 GPS授时原理和IGS简介14-33
• 2.1 GPS卫星导航系统14-16
• 2.2 GPS定位原理16-18
• 2.3 GPS授时原理18-19
• 2.4 IGS介绍19-24
• 2.4.1 IGS的组成19-20
• 2.4.2 IGS产品20-24
• 2.5 误差来源及改正方法24-33
• 2.5.1 与卫星有关的误差25-27
• 2.5.2 与信号传播路径有关的误差27-32
• 2.5.3 与接收机有关的误差32-33
• 第三章 星历数据内插方法和精度分析33-53
• 3.1 插值模型33-39
• 3.1.1 拉格朗日插值33-35
• 3.1.2 三次样条插值35-39
• 3.2 卫星广播星历插值精度对比分析39-53
• 第四章 卡尔曼滤波及授时数据处理53-64
• 4.1 卡尔曼滤波理论53-54
• 4.2 卡尔曼滤波参数选择54-56
• 4.3 算例分析56-64
• 第五章 总结与展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文情况69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：521593