GPS IIR‑M型卫星超快速钟差预报的误差修正原理

摘要

本发明提出了一种导航卫星超快速钟差预报算法的误差修正原理，该原理稳定性较高，针对超快速钟差预报算法存在细微的系统误差，能有效的提升模型的预报精度，从而间接提高RTPPP的定位精度，（1）针对GPS IIR‑M型超快速钟差预报方面，可对任意谱分析模型的预报结果进行精度修正，从而获得较高的预报数据；（2）在一定条件下，任何模型均有其预报偏差，故本发明对于其他预报方法具有一定的借鉴价值。

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航定位技术领域，具体涉及一种GPS IIR-M型卫星超快速钟差预报的误差修正原理。

背景技术

RTPPP(real time precise point positioning，实时精密单点定位)技术的实现需要实时钟差产品和实时轨道产品提供数据，而实时钟差数据产品目前有实时钟差数据流、广播钟差数据和超快速钟差产品，其中：

1、实时钟差数据流存在间断和不稳定的特性

2、广播钟差产品精度不高

3、超快速钟差产品稳定性较高且精度适中

因超快速钟差产品稳定且精度适中的特点而成为研究热点，所以发明一种导航卫星超快速钟差预报的误差修正原理对于提高RTPPP定位精度具有一定的价值与意义。

发明内容

针对现有预报技术存在的误差，本发明提供一种GPS IIR-M型卫星超快速钟差预报的误差修正原理。该方法稳定性较高，针对超快速钟差预报算法存在细微的系统误差，能有效的提升模型的预报精度，从而间接提高RTPPP的定位精度。

实现本发明目的的技术方案是：

一种导航卫星超快速钟差预报算法的误差修正方法，包括如下步骤：

1)读取超快速钟差产品的观测部分(IGS Ultra-Rapid(observed)，IGU-O)，含24小时数据，因每隔15min发布一次，故共计96个历元数据；然后采用谱分析模型对GPS IIR-M类型卫星(共计7颗，分别为PRN05、PRN07、PRN12、PRN15、PRN17、PRN29和PRN31)依次进行建模并预报6小时，故每颗卫星均可获取24个预报历元钟差数据；

2)对预报的24个历元数据与下一个超快速钟差产品文件的观测真值做差，从而获取当前文件在谱分析模型下的预报精度序列；

3)对上一步的预报精度序列求和后除以24，从而将该值作为当前文件预报数据的误差修正值。按照这种方法迭代预报10个文件，即可以获取10个误差修正值，从而组成一个误差修正库；

4)对于后续文件的迭代预报过程中，每次生成一个误差修正值后，将其加入到误差修正库中，并剔除生成时间上最早的误差修正值，并对库中误差值进行移位排列，从而达到实时更新误差修正库的目的。对更新后的误差修正库求其均值，即为下一个文件预报的误差修正均值；

5)误差修正具体过程为：对预报精度序列依次加上上一步得到的误差修正均值的十分之一，从而得到最终的误差修正后的预报精度数据。

通过上述步骤，就能把导航卫星超快速钟差预报算法的误差进行修正。

步骤1)中，谱分析模型的两种表达式如下：

式(1)为一阶线性直线谱分析模型，式(2)为二阶曲线谱分析模型。其中，a、b和c分别为钟差、钟速和钟漂参数，N为谱分析技术获取的显著周期项数目(一般为1-3个)，A_i、θ_i和分别为最小二乘正弦拟合函数的幅值、角度和相位，ψ(t)为钟差随机项成分。

步骤2)中，预报精度序列的计算公式如下所示：

A＝P-IGUO(3)其中，P为谱分析模型预报的24个历元数据序列，IGUO为对应P序列时刻上的下一个IGU

文件的观测真值数据，从而得到预报精度序列A；

步骤3)中需要计算误差修正值的计算公式如下：

Err＝sum(A)/24(4)

步骤4)中对误差修正库进行求取均值公式如下：

$M=\underset{i=1}{\overset{10}{\Sigma }}{\mathrm{Err}}_i/10---\left(5\right)$

其中Err_i表示误差修正库中的第i个误差修正值，故M为误差修正库的误差修正均值；

在步骤5)中对第2步得到的预报精度序列进行误差修正的公式如下所示：

A1＝A+abs(M)/10(6)

故A1即为本发明误差修正原理下的最终预报精度序列。

本发明的有益效果有：

本发明提出了一种导航卫星超快速钟差预报算法的误差修正原理，该原理稳定性较高，针对超快速钟差预报算法存在细微的系统误差，能有效的提升模型的预报精度，从而间接提高RTPPP的定位精度：

(1)可对任意谱分析模型的预报结果进行精度修正，从而获得较高的预报数据；

(2)在一定条件下，任何模型均可能存在预报偏差，故本发明对于其他预报方法具有一定的借鉴价值。

附图说明

图1是PRN05号卫星预报精度曲线图

图2是PRN07号卫星预报精度曲线图

图3是PRN12号卫星预报精度曲线图

图4是PRN15号卫星预报精度曲线图

图5是PRN17号卫星预报精度曲线图

图6是PRN29号卫星预报精度曲线图

图7是PRN31号卫星预报精度曲线图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

导航卫星超快速钟差预报算法的误差修正原理，该原理的具体实施步骤如下所示：

一种导航卫星超快速钟差预报算法的误差修正原理，包括如下步骤：

1)7个附图中的建模预报数据是从ftp://cddis.gsfc.nasa.gov.cn网址下载，数据下载量为19个IGU(IGS Ultra-Rapid，IGS超快速)文件(误差修正库的建立采用第一个IGU文件发布前的前10个IGU文件)，IGU观测数据发布时间分布范围从2015年6月15日18时0分0秒至6月21日5时45分秒；

2)7个附图分别对应GPS IIR-M型的7颗卫星，从每幅图中可知附加误差修正的预报精度曲线均在相应模型的预报精度曲线之下，即附加误差修正方法可以提升模型的预报精度。另外，各颗卫星预报6小时的精度统计表如下所示：

表1 GPS IIR-M型卫星超快速钟差预报6小时精度

PRN05PRN07PRN12PRN15PRN17PRN29PRN31P152.19％56.23％45.05％47.89％94.39％60.00％72.83％PX151.31％53.45％57.51％46.05％88.50％59.73％71.79％提升率1.69％4.95％-27.64％3.85％6.25％0.44％1.43％P243.12％56.04％46.45％48.53％74.00％64.68％76.88％PX241.69％53.88％45.05％46.99％71.97％63.67％76.51％提升率3.31％3.86％3.02％3.17％2.75％1.55％0.48％

(注：P1为一阶谱分析模型，PX1为误差修正下的一阶谱分析模型，P2为二阶谱分析模型，PX2为误差修正下的二阶谱分析模型)

3)由表1可以得到7颗IIR-M型卫星无论是在一阶谱分析模型还是二阶谱分析模型，采用本发明误差修正原理的一阶谱分析模型和二阶谱分析模型，其预报精度均较对应模型有所提高，直接验证了本发明的有效性与实用性。