GPS/BDS实时钟差估计与预报研究

摘要

随着全球卫星导航系统的不断完善发展，实时精密导航定位技术受到越来越多的关注，但由于精密钟差产品的发布存在一定时间延迟，并未得到广泛应用。此外，我国自主开发的北斗卫星导航定位系统已经向亚太地区提供服务，并逐步向全球拓展。因此，为了进一步提高北斗及其他卫星导航系统的可用性、兼容性，推动实时精密导航定位技术，需要高精度的实时钟差作为保障。　　为实现高精度的GPS/BDS实时卫星钟差，本文详细阐述了实时卫星钟差估计的基本理论和方法，并利用Fortran语言编程实现了GPS/BDS实时卫星钟差算法，分析了影响实时卫星钟差解算精度的因素以及利用UDP传输协议进行了仿实时钟差预报。实验结果表明，本文所用解算方法和模型是正确且可行的，实时钟差的解算精度达到亚纳秒级，满足导航定位的需求。论文的主要内容如下：　　（1）介绍了实时卫星钟差估计与预报的国内外研究现状，指出了实时卫星钟差在广域实时精密定位中的作用；论述了本文的主要研究内容和研究意义。　　（2）阐述了卫星精密钟差估计的基本理论，包括 GPS/BDS系统的发展历程和时间与坐标系统定义与相互转换，阐述了 GPS/BDS实时精密钟差估计的模型算法以及钟差预报的模型。　　（3）介绍了 GPS/BDS实时精密钟差估计实现方法，推导了顾及系统间偏差的历元间差分方法，介绍了参考卫星的选取方法，并利用事后钟差解算实验分析了基准钟的确定原则。最后简要介绍了实时钟差解算的主要流程，编程实现了 GPS/BDS实时钟差估计方法并分析精度。　　（4）实验分析了影响GPS/BDS实时精密钟差精度的因素，着重考虑基准钟的选取方法，地面测站分布情况。结果表明，若能保证测站卫星数据的连续性，建议选取测站作为基准钟。采用数量较多的全球分布的测站数据得到的实时钟差精度较高。　　（5）利用UDP(User Datagram Protocol)传输协议进行实时数据流传输，通过自编的实时钟差预报的解算程序，计算得到仿实时钟差预报结果，并进行精度比较分析。统计结果表明利用灰色模型进行1h、2h的短期钟差预报，GPS和BDS精度相当都在亚纳秒级， BDS卫星的预报精度略高于GPS；利用二次多项式模型进行1h、2h的短期钟差预报。预报1h GPS卫星的精度在0.25ns左右，预报2h GPS卫星的精度在0.35ns左右；与GPS卫星相比，BDS卫星的预报精度略差，预报1h和2h的BDS卫星的精度均在0.4ns左右。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容及研究意义

1.4 论文的组成结构

2 精密钟差估计与预报理论与方法

2.1 时间与坐标系统

2.2 GPS/BDS系统

2.3 实时钟差估计模型

2.4 实时钟差预报模型

2.5 本章小结

3 顾及系统间偏差的实时钟差估计方法的实现

3.1 顾及系统间偏差的历元间差分方法

3.2 基准钟的选取

3.3 实时钟差解算主要流程及解算结果分析

3.4 本章小结

4 数据处理与分析

4.1 基准钟确定对实时钟差的影响

4.2 地面测站分布对实时钟差的影响

4.3 本章小结

5 实时钟差预报

5.1 实时钟差预报

5.2 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果