GNSS在軌衛(wèi)星鐘特性分析及鐘差預(yù)報研究.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)星鐘的特性指標除會發(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)報模型及預(yù)報算法。同時,考慮到系統(tǒng)時差和衛(wèi)星鐘差的密切關(guān)系,本文還研究了BDS/GPS系統(tǒng)時差實時預(yù)報模型。本文主要研究內(nèi)容和成果包括:
　　(1)針對 GLONASS/GPS在軌衛(wèi)星鐘,采用二次多項式擬合衛(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,最后采用改進總方差和哈達瑪總方

3、差分別計算了Cs鐘和Rb鐘的穩(wěn)定度指標,揭示了GLONASS和GPS在軌衛(wèi)星鐘的相位、頻率、頻漂及殘差指標的變化規(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鐘和在軌時間較短的GLONASS衛(wèi)星鐘,然后是GPS BLOCK IIA型Cs鐘和在軌時間較長的GLONASS衛(wèi)星鐘,穩(wěn)定度最差的是GPS BLOCK IIA型Rb鐘。
　　(2)針對BDS在軌衛(wèi)星鐘,評價了所有在軌

4、衛(wèi)星鐘的千秒穩(wěn)及其隨時間的變化趨勢、GEO/IGSO/MEO以及星座的千秒穩(wěn)均值。結(jié)果表明,除了個別衛(wèi)星鐘千秒穩(wěn)的時間序列出現(xiàn)跳變,其它衛(wèi)星均相對平穩(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 IGU預(yù)報鐘差中存在起點偏差的現(xiàn)象,提出了削弱這種系統(tǒng)性偏差的方法,分析了改進后IGU預(yù)報

5、鐘差的精度,發(fā)現(xiàn)了改進后的IGU預(yù)報鐘差的殘差比改進前更小、更集中;越靠近預(yù)報部分起點,起點偏差的改進效果越明顯;改進后 GPS星座的鐘差內(nèi)符合精度提高了16.2-23.8％,提高了 GPS時間系統(tǒng)的穩(wěn)定性;接收機鐘差動態(tài)解的精度提高了30.5-45.4%,對精密授時有一定的應(yīng)用價值。
　　(4)在多項式模型的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了顧及起點偏差改正和周期項改正的BDS衛(wèi)星鐘差預(yù)報模型,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、測方法,進而獲得了BDS鐘差預(yù)報算法。結(jié)果表明:24小時和6小時平均鐘差預(yù)報精度為7.91ns、2.27ns。
　　(5)針對BDS/GPS系統(tǒng)時差預(yù)報研究,在闡述GNSS系統(tǒng)時間定義的基礎(chǔ)上,構(gòu)造了適用于 BDS/GPS系統(tǒng)時差的多項式預(yù)報模型,該模型在二次項參數(shù)選取、顯著周期項確定以及觀測權(quán)函數(shù)選擇等方面進行了改進。同時,基于AR模型的預(yù)報特點,進一步構(gòu)建了多項式和AR模型的組合時差預(yù)報方法。算例結(jié)果顯示:新模型的單天時差預(yù)報