北斗卫星钟差估计与预报关键技术研究

摘要

伴随着中国北斗卫星导航系统（BDS）全球组网工作的逐步完成，BDS系统在全球导航定位领域（Global Navigation Satellite System，GNSS）中的地位越来越高。BDS系统作为国之利刃，在国民经济建设和国防建设方面发挥了巨大的作用。研究BDS系统相关的内容已成为GNSS领域内的热点。本文研究了BDS系统精密卫星钟差估计模型、钟差预报算法和钟差数据质量控制方法，完善了钟差估计先验约束信息、提出了适用于BDS系统的钟差预报算法、优化了卫星钟差数据质量控制方法，提高了BDS卫星钟差估计和预报精度。围绕BDS卫星钟差估计和预报关键技术主要研究了如下内容： 1）详细分析了影响BDS卫星钟差估计精度的各种误差来源，得出了误差改正模型和削弱方法；并推导了最小二乘估计中参数消除与恢复方法以及均方根信息滤波过程。 2）研究了BDS卫星钟差估计的随机模型、函数模型和钟差数据的噪声水平，完善了BDS卫星钟差估计的先验精度信息和函数模型，实验结果表明：钟差估计精度最高提升了19.56%，频率稳定度提升了25.61%。 3）分析了BDS-3/BDS-2不同系统之间、不同卫星轨道之间和不同星载原子钟之间的频率稳定度，发现BDS-3卫星频率稳定度和BDS-2卫星相比提升了20.85%-75.09%；MEO卫星的频率稳定性优于IGSO卫星；氢原子钟频率稳定度优于铷原子钟40.16%-65.60%，且氢原子钟的长期稳定性明显优于铷原子钟。 4）研究了BDS卫星钟差数据之间的相关性，提出了顾及卫星间相关性的BDS卫星钟差预报方法，钟差预报精度和传统方法相比提升了7.3%；针对BDS-3试验卫星钟差数据中存在频繁钟跳和缺失等情况，改进了附加周期项的钟差预报方法，BDS-3卫星钟差预报精度至少提升了6.4%。 5）分析了卫星钟差误差与轨道误差之间的相关性以及钟差对轨道误差的吸收能力，发现卫星钟差能够吸收95%以上的轨道径向误差和部分切线误差，在一定程度上弥补轨道误差引起的定位误差。采用耦合的卫星轨道、钟差产品，单BDS系统定位精度可达到分米级定位结果。

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变量注释表

1 绪论

1.1 概述

1.2研究现状

1.2.1 钟差时频特性分析和模型的建立

1.2.2 卫星钟差融合解算及钟差预报

1.2.3 实时精密卫星钟差估计

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

1.4本章小结

2 精密卫星钟差估计理论

2.1精密钟差估计数学模型

2.1.1 随机模型

2.2.2 函数模型

2.2参数估计方法研究

2.2.1 最小二乘估计与参数消除

2.2.2 均方根信息滤波

2.3误差模型改正

2.3.1 与卫星相关的误差

2.3.2 与测站相关的误差

2.3.3 与传播路径相关的误差改正

2.4本章小结

3 附有约束条件的北斗卫星钟差估计

3.1钟差时频特性分析

3.2卫星钟差随机模型确定

3.3卫星钟差动态模型确定

3.4本章小结

4 BDS-3卫星钟差估计与特性分析

4.1 数据来源

4.2卫星钟差数据预处理

4.3钟差特性分析

4.3.1 周期特性分析

4.3.2 频率稳定性分析

4.4本章小结

5 BDS卫星钟差预报

5.1基于星间相关性的北斗钟差预报模型

5.2实验分析

5.3 BDS-3s卫星钟差预报

5.3.1 数据来源

5.3.2 钟差预报模型

5.3.3 实验分析

5.4本章小结

6 BDS卫星实时钟差估计

6.1轨道误差对钟差估计的影响

6.2实时卫星钟差估计

6.3 PPP实验

6.4本章小结

7结论与展望

7.1 结论

7.2展望

参考文献

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