本文關(guān)鍵詞：GNSS星載原子鐘性能分析理論與算法研究

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【摘要】：導(dǎo)航定位的關(guān)鍵要素之一是在軌衛(wèi)星所搭載的原子鐘,一般為高性能的銣鐘與銫鐘,而最新發(fā)射的BDS衛(wèi)星與Galileo衛(wèi)星則為氫鐘。衛(wèi)星鐘的性能一般用頻率準(zhǔn)確度、頻率漂移率和頻率穩(wěn)定度等指標(biāo)來(lái)衡量,此外,其鐘差預(yù)報(bào)性能也是衡量其性能的一個(gè)重要指標(biāo)。受空間各種因素的影響,在軌衛(wèi)星鐘的性能評(píng)估較之地面鐘的評(píng)估難度更大,因此對(duì)在軌衛(wèi)星鐘進(jìn)行性能評(píng)估是一項(xiàng)很有研究意義的課題。論文從衛(wèi)星鐘的時(shí)頻理論與方法出發(fā),對(duì)衛(wèi)星鐘的事后精密鐘差產(chǎn)品進(jìn)行了預(yù)處理與精度評(píng)定,分析了獲取鐘差引入的系統(tǒng)噪聲。使用事后精密鐘差產(chǎn)品分別分析了不同導(dǎo)航系統(tǒng)上使用的星載原子鐘的性能,并進(jìn)行了鐘差預(yù)報(bào)的研究,對(duì)比分析了各導(dǎo)航系統(tǒng)的性能評(píng)估與鐘差預(yù)報(bào)結(jié)果,其主要工作如下:1.針對(duì)MGEX精密鐘差產(chǎn)品,采用頻譜分析的方法,分別計(jì)算了四個(gè)系統(tǒng)各衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品的精度。MGEX精密鐘差產(chǎn)品精度分析表明,GPS銫鐘的鐘差精度最低,處于dm量級(jí),而GPS銣鐘的鐘差精度普遍較高,處于cm量級(jí);BDS MEO銣鐘的鐘差精度基本與GPS銣鐘的鐘差精度相當(dāng),也處于cm量級(jí),GEO與IGSO銣鐘的鐘差精度則略差,處于dm量級(jí);GLONASS銫鐘的鐘差精度與GPS銫鐘的鐘差精度均處于dm量級(jí);Galileo IOV氫鐘的鐘差精度與GPSBLOCK IIF銣鐘精度相當(dāng),均屬于精度最高的衛(wèi)星鐘。另外,相同類型衛(wèi)星鐘的鐘差精度基本一致,且變化幅度較小。2.利用MGEX精密鐘差產(chǎn)品,對(duì)GNSS四個(gè)系統(tǒng)的在軌衛(wèi)星鐘性能進(jìn)行了評(píng)估,分別計(jì)算了頻率準(zhǔn)確度、日漂移率與天穩(wěn)定度。結(jié)果表明,GPS BLOCK IIF銣鐘與Galileo IOV氫鐘的綜合性能最優(yōu),而同類型衛(wèi)星鐘的性能基本一致。BDS衛(wèi)星鐘的平均頻率準(zhǔn)確度在2.26×10-11量級(jí),日頻率漂移率在6.69×10-14量級(jí),天穩(wěn)定度在5.20×10-14量級(jí);其頻率準(zhǔn)確度比其他系統(tǒng)低了一個(gè)數(shù)量級(jí),MEO銣鐘的日頻漂與GPS銣鐘相當(dāng),IGSO與GEO銣鐘略差,BDS銣鐘天穩(wěn)定度與GPS BLOCK IIR銣鐘相當(dāng),BDS MEO衛(wèi)星鐘的各項(xiàng)性能均優(yōu)于GEO與IGSO衛(wèi)星鐘。此外,銣鐘與氫鐘的性能總體上優(yōu)于銫鐘。3.使用常用的多項(xiàng)式模型、灰色模型與ARIMA模型三種鐘差模型,進(jìn)行了短期(1天)與中長(zhǎng)期(7天、15天與30天)的預(yù)報(bào),三種鐘差預(yù)報(bào)模型其短期預(yù)報(bào)精度基本相當(dāng),但是對(duì)比統(tǒng)計(jì)三種模型擬合與預(yù)報(bào)的RMS,ARIMA模型預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性要優(yōu)于其它兩種模型,本文認(rèn)為其對(duì)鐘差的短期預(yù)報(bào)效果最優(yōu)。相比多項(xiàng)式模型與ARIMA模型,灰色模型在多數(shù)情況下更適合進(jìn)行鐘差的中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)。4.鐘差獲取會(huì)引入系統(tǒng)噪聲,通過(guò)分析法與實(shí)測(cè)法分別對(duì)不同鐘差獲取方法的系統(tǒng)噪聲進(jìn)行分析。針對(duì)最常用的ODTS鐘差獲取方式,通過(guò)研究接入高精度原子鐘的地面站鐘差數(shù)據(jù),定量計(jì)算出了ODTS系統(tǒng)噪聲的影響水平,計(jì)算結(jié)果表明:IGS提供的精密鐘差產(chǎn)品中的ODTS系統(tǒng)噪聲影響在可接受的水平,可實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS星載銣鐘與銫鐘的可靠評(píng)估;GBM提供的精密鐘差產(chǎn)品中的ODTS系統(tǒng)噪聲對(duì)北斗星載氫鐘的影響不可忽視,其僅可對(duì)氫鐘的天穩(wěn)定度進(jìn)行可靠評(píng)估。本文的分析結(jié)果,采用了大量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,可信度較高,論文成果對(duì)衛(wèi)星鐘性能評(píng)估有一定的參考和借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：GNSS 在軌原子鐘 性能 鐘差預(yù)報(bào) 系統(tǒng)噪聲
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P228.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 研究背景與研究意義11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 GNSS衛(wèi)星鐘現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 星載原子鐘性能研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 第二章 衛(wèi)星鐘性能評(píng)估基本理論與方法16-22
• 2.1 引言16
• 2.2 基本定義16-17
• 2.2.1 時(shí)間量16
• 2.2.2 頻率量16-17
• 2.3 衛(wèi)星鐘性能指標(biāo)17-20
• 2.3.1 頻率準(zhǔn)確度17
• 2.3.2 頻率漂移率17-18
• 2.3.3 頻率穩(wěn)定度18-20
• 2.4 噪聲類型20-21
• 2.4.1 噪聲分類20
• 2.4.2 噪聲識(shí)別20-21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 第三章 衛(wèi)星鐘在軌性能評(píng)估22-39
• 3.1 GNSS系統(tǒng)概況22-23
• 3.2 精密鐘差產(chǎn)品繪圖分析23-28
• 3.3 精密鐘差數(shù)據(jù)預(yù)處理28-29
• 3.3.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換28
• 3.3.2 數(shù)據(jù)跳變28-29
• 3.3.3 粗差剔除29
• 3.3.4 數(shù)據(jù)缺失與間斷29
• 3.4 精密鐘差產(chǎn)品精度評(píng)估29-32
• 3.4.1 MGEX精密鐘差產(chǎn)品29
• 3.4.2 鐘差擬合、頻譜分析29-30
• 3.4.3 白噪聲檢驗(yàn)30
• 3.4.4 GBM鐘差產(chǎn)品精度結(jié)果分析30-32
• 3.5 GNSS衛(wèi)星鐘性能評(píng)估32-37
• 3.5.1 準(zhǔn)確度33-34
• 3.5.2 漂移率34
• 3.5.3 穩(wěn)定度34-35
• 3.5.4 GNSS衛(wèi)星鐘性能比較分析35-37
• 3.6 本章小結(jié)37-39
• 第四章 衛(wèi)星鐘差預(yù)報(bào)基本理論與方法39-45
• 4.1 引言39
• 4.2 參數(shù)估計(jì)原理39-42
• 4.2.1 序貫最小二乘參數(shù)估計(jì)39-41
• 4.2.2 卡爾曼濾波參數(shù)估計(jì)41-42
• 4.3 常用鐘差預(yù)報(bào)模型基本原理42-44
• 4.3.1 多項(xiàng)式模型42
• 4.3.2 灰色模型GM（1,1）42-44
• 4.3.3 時(shí)間序列模型ARIMA（p,d,q）44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 第五章 GNSS星載衛(wèi)星鐘鐘差預(yù)報(bào)分析45-56
• 5.1 引言45
• 5.2 衛(wèi)星鐘差短期預(yù)報(bào)45-50
• 5.2.1 多項(xiàng)式模型45-47
• 5.2.2 灰色模型47-49
• 5.2.3 ARIMA（p,1,q）模型49-50
• 5.2.4 比對(duì)分析50
• 5.3 衛(wèi)星鐘差中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)50-54
• 5.3.1 多項(xiàng)式模型51
• 5.3.2 灰色模型51-52
• 5.3.3 ARIMA模型52
• 5.3.4 對(duì)比分析52-54
• 5.4 本章小結(jié)54-56
• 第六章 系統(tǒng)噪聲對(duì)星載鐘性能評(píng)估影響分析56-66
• 6.1 引言56
• 6.2 系統(tǒng)噪聲分析法56-61
• 6.2.1 分析法原理56
• 6.2.2 無(wú)線電雙向法56-58
• 6.2.3 衛(wèi)星激光雙向法58
• 6.2.4 偽距與衛(wèi)星激光測(cè)距比對(duì)法58-59
• 6.2.5 無(wú)線電單向法59-60
• 6.2.6 衛(wèi)星定軌與時(shí)間同步法60
• 6.2.7 系統(tǒng)噪聲分析法總結(jié)60-61
• 6.3 系統(tǒng)噪聲實(shí)測(cè)法61-65
• 6.4 本章小結(jié)65-66
• 總結(jié)與展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-73
• 攻讀碩士期間取得的研究成果73-74
• 致謝74-75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1036649