GNSS在軌衛(wèi)星鐘特性分析及鐘差預(yù)報(bào)研究.pdf

1、隨著GLONASS和GPS系統(tǒng)在軌星載原子鐘的老齡化和近年新發(fā)射衛(wèi)星鐘的現(xiàn)代化現(xiàn)象并存,衛(wèi)星鐘的特性指標(biāo)除會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化還并存著一定的差異性。另外,我國的BDS系統(tǒng)從2007年發(fā)射首顆導(dǎo)航衛(wèi)星后,目前已成功發(fā)射了16顆導(dǎo)航衛(wèi)星,正式提供覆蓋亞太平洋地區(qū)的全天候區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ环?wù)。因此,有必要研究GNSS在軌衛(wèi)星鐘的特性變化規(guī)律,從而保障導(dǎo)航定位以及時(shí)頻傳遞的精度。相比其他系統(tǒng),BDS在軌衛(wèi)星鐘差呈現(xiàn)出突發(fā)性、非連續(xù)性以及難以預(yù)測(cè)等新的特

2、征,常規(guī)的鐘差模型和算法無法有效解決這些問題。因此,本文采用GNSS精密衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品研究其衛(wèi)星鐘的在軌特性、鐘差預(yù)報(bào)模型及預(yù)報(bào)算法。同時(shí),考慮到系統(tǒng)時(shí)差和衛(wèi)星鐘差的密切關(guān)系,本文還研究了BDS/GPS系統(tǒng)時(shí)差實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)模型。本文主要研究內(nèi)容和成果包括:
　　(1)針對(duì) GLONASS/GPS在軌衛(wèi)星鐘,采用二次多項(xiàng)式擬合衛(wèi)星鐘差模型,得到了GLONASS與GPS在軌衛(wèi)星鐘的相位、頻率、頻漂以及殘差序列,最后采用改進(jìn)總方差和哈達(dá)瑪總方

3、差分別計(jì)算了Cs鐘和Rb鐘的穩(wěn)定度指標(biāo),揭示了GLONASS和GPS在軌衛(wèi)星鐘的相位、頻率、頻漂及殘差指標(biāo)的變化規(guī)律;發(fā)現(xiàn)GPS BLOCK IIF型衛(wèi)星鐘穩(wěn)定度最高,其次是GPS BLOCK IIR-M&IIR型Rb鐘和在軌時(shí)間較短的GLONASS衛(wèi)星鐘,然后是GPS BLOCK IIA型Cs鐘和在軌時(shí)間較長的GLONASS衛(wèi)星鐘,穩(wěn)定度最差的是GPS BLOCK IIA型Rb鐘。
　　(2)針對(duì)BDS在軌衛(wèi)星鐘,評(píng)價(jià)了所有在軌

4、衛(wèi)星鐘的千秒穩(wěn)及其隨時(shí)間的變化趨勢(shì)、GEO/IGSO/MEO以及星座的千秒穩(wěn)均值。結(jié)果表明,除了個(gè)別衛(wèi)星鐘千秒穩(wěn)的時(shí)間序列出現(xiàn)跳變,其它衛(wèi)星均相對(duì)平穩(wěn);BDS衛(wèi)星星座的千秒穩(wěn)均值為1.69E-13,GEO衛(wèi)星鐘的千秒穩(wěn)均值最小,數(shù)值為1.64E-13;IGSO其次,數(shù)值為1.68E-13;MEO最大,數(shù)值為1.77E-13。
　　(3)針對(duì) IGU預(yù)報(bào)鐘差中存在起點(diǎn)偏差的現(xiàn)象,提出了削弱這種系統(tǒng)性偏差的方法,分析了改進(jìn)后IGU預(yù)報(bào)

5、鐘差的精度,發(fā)現(xiàn)了改進(jìn)后的IGU預(yù)報(bào)鐘差的殘差比改進(jìn)前更小、更集中;越靠近預(yù)報(bào)部分起點(diǎn),起點(diǎn)偏差的改進(jìn)效果越明顯;改進(jìn)后 GPS星座的鐘差內(nèi)符合精度提高了16.2-23.8％,提高了 GPS時(shí)間系統(tǒng)的穩(wěn)定性;接收機(jī)鐘差動(dòng)態(tài)解的精度提高了30.5-45.4%,對(duì)精密授時(shí)有一定的應(yīng)用價(jià)值。
　　(4)在多項(xiàng)式模型的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了顧及起點(diǎn)偏差改正和周期項(xiàng)改正的BDS衛(wèi)星鐘差預(yù)報(bào)模型,并且分析了在軌衛(wèi)星鐘相位跳變的特征,歸納了相位跳變的探

6、測(cè)方法,進(jìn)而獲得了BDS鐘差預(yù)報(bào)算法。結(jié)果表明:24小時(shí)和6小時(shí)平均鐘差預(yù)報(bào)精度為7.91ns、2.27ns。
　　(5)針對(duì)BDS/GPS系統(tǒng)時(shí)差預(yù)報(bào)研究,在闡述GNSS系統(tǒng)時(shí)間定義的基礎(chǔ)上,構(gòu)造了適用于 BDS/GPS系統(tǒng)時(shí)差的多項(xiàng)式預(yù)報(bào)模型,該模型在二次項(xiàng)參數(shù)選取、顯著周期項(xiàng)確定以及觀測(cè)權(quán)函數(shù)選擇等方面進(jìn)行了改進(jìn)。同時(shí),基于AR模型的預(yù)報(bào)特點(diǎn),進(jìn)一步構(gòu)建了多項(xiàng)式和AR模型的組合時(shí)差預(yù)報(bào)方法。算例結(jié)果顯示:新模型的單天時(shí)差預(yù)報(bào)