两种GPS卫星钟差预报模型比较及精度分析

利用IGS提供的精密钟差数据,分别采用二次多项式模型和灰色系统模型进行建模,对GPS卫星钟差进行短期和长期预报,并对预报结果进行对比分析.指出在短期预报中,两种模型的预报效果比较接近;在长期预报中,灰色模型的预报精度明显优于二次多项式模型,具有一定的优势.     

灰色系统模型在卫星钟差预报中的应用

分析了二次多项式模型在卫星钟差长期预报中的缺陷，依据灰色系统理论和卫星钟差的变化规律，以较少的观测样本建立了预报卫星钟差的灰色预测模型，并将其与二次多项式预测模型进行分析比较。计算结果表明，两者的短期预报精度基本相当，而灰色系统模型的长期预报精度要明显地优于二次多项式模型，更适合于实际应用。     

MADOCA-LEX高频GPS卫星钟差 短期预测精度分析

日本准天顶卫星系统（QZSS）卫星通过L波段实时播发高频全球卫星导航系统（GNSS）精密轨道和钟差产品,为GNSS导航用户提供实时精密单点定位（PPP）服务. 本文以JAXA MADOCA数据中心提供的1 s采样率GPS卫星钟差数据为研究对象,首先采用阿伦方差对卫星钟差的短期稳定性进行评估;然后分别采用一阶多项式、二阶多项式和灰色模型对高频钟差产品进行建模,在5 s,10 s和30 s的拟合窗口内预报后续10 s内钟差,并基于预报残差的均方根误差（RMS）评定不同类型GPS卫星钟差产品的短期预报精度. 基于2020年1月1日-21日连续21天的实时高频钟差统计分析结果表明,不同型号的GPS卫星钟差1 s,5 s和10 s的短期稳定性均能达到10-12量级;对比预报精度显示,10 s以内的拟合窗口采用最简单的一阶多项式最为稳定可靠,10 s延迟预报RMS精度可控制在0.1 ns以内;若采用30 s的拟合窗口,考虑钟差频漂特性的二阶多项式则更为稳定可靠,预报钟差的RMS精度能达到0.15 ns以内．由此可见,本文基于MADOCA-LEX钟差产品的实时预报精度可以满足厘米级PPP的需求．      

GPS卫星钟差改正数实时预报算法

实时卫星钟差（satellite clock bias,SCB）的获取是实时精密单点定位（real-time precise point positioning,RTPPP）需要解决的关键问题。给出了国际GNSS服务（International GNSS Service,IGS）所提供的实时服务（real-time service,RTS）钟差产品的修复方法,分析了IGS02、IGS03实时数据流中GPS卫星钟差改正数的稳定性及其精度。同时,从原理上推导证明了钟差一次差分数据符合一次多项式模型,并结合对GPS卫星钟差改正数的分析提出了一种基于一次差分的钟差改正数预报算法,通过与一次多项式模型、二次多项式模型以及灰色模型的预报精度进行对比试验,结果表明,该钟差改正数预报算法预报精度有明显提高,预报30 s的精度达到0.06 ns,可满足实时精密单点定位的要求。     

基于指数平滑法的GPS卫星钟差预报

提出了一种基于指数平滑法的GPS卫星钟差预报方法。该方法可采用少量数据建模,且计算过程简单、方便,尤其是在缺少相关历史数据或数据变化趋势不明显、不稳定的情况下,用该方法仍可取得较好的效果。通过与GPS卫星钟差预报中常用的二次多项式模型和灰色预测模型的对比分析,结果表明:指数平滑法适用于GPS卫星钟差的中、短期预报,其预报精度可达ns级;在利用小数据量建模的情况下,其预报效果优于二次多项式模型,与灰色模型的预报效果基本相当;该方法还可用于GPS卫星钟差的长期预报,其预报精度可达μs级,与灰色预测模型的精度相当。     

基于ARMA模型的GPS钟差预报改进研究

以导航卫星钟误差预报钟常用的传统预测方法(二次项拟合模型与灰色模型)为基础,依据各自适用的特点,对IGS提供卫星钟差的时间序列进行了分解并建模分析。二次多项式模型参与建模的观测数据多,模型比较稳定,但是模型是关于时间的函数,随着时间的增长,预报误差也会积累,因此适合短期预报。灰色模型仅利用4个数据即可建立模型,因此可以加快建模的速度,模型的精度与时间没有直接关系,因此适合长期预测。传统预测模型二次多项式拟合与灰色模型建模时忽略了钟差中的随机项,利用时间序列模型对随机项进行了时间序列分解分析。     

基于IGS超快星历预报卫星钟差及其精度分析

在实时GPS精密单点定位中,能否快速有效地得到高精度的卫星钟差预报值是影响实时单点定位速度和精度的一个重要因素,由于GPS原子钟的高频率、高敏感和极易受到外界及其本身因素影响的性质使得卫星钟差预报至今都没能得到很好地解决,本文在目前的卫星钟差预报基础上,分别探讨了利用灰色模型理论、线性模型和二次多项式模型等方法,以IGS超快星历中2004年12月7日卫星钟差观测资料预报8日的卫星钟差为例进行卫星钟差预报研究,初步得出如下结论:在利用IGS超快星历的前一天的卫星钟差观测值预报后一天的钟差时,线性模型相对方便有效;而灰色模型只要选取合适的模型指数系数,能得到较高精度;但二次多项式模型预报精度较差。利用线性模型能达到或优于IGS超快星历预报钟差的预报精度。     

粒子群算法优化的神经网络短期钟差预报

针对导航卫星钟差短期预报精度上的不足,该文提出了一种基于粒子群算法优化的BP神经网络钟差预报模型,通过粒子群算法来对BP神经网络的权值和阈值进行优化,利用IGS的钟差数据进行实验,并与灰色GM(1,1)模型、二次多项式模型和BP神经网络模型的预报结果进行对比分析。结果表明,粒子群优化算法的BP神经网络模型钟差预报效果良好,3h预报精度能够达到0.3ns,体现了本文钟差预报模型的实用性。     

基于方差递推法的Kalman滤波在钟差预报中的应用

卫星导航系统中星载原子钟的钟差预报对于导航、定位及授时具有重要的作用。为了提高卫星钟差预报的精度,设计了一种两步确定卫星钟噪声协方差矩阵的Kalman滤波钟差预报模型。该方法首先基于Hadamard总方差确定卫星钟噪声协方差矩阵的初值,然后,使用方差递推法得到滤波过程中卫星钟的噪声协方差矩阵。使用GPS系统的星载铷钟数据进行短期预报,并与常用的二次多项式模型、灰色模型进行对比,结果表明:本文中提出的方法可以实现高精度的卫星钟差预报且预报效果优于两种常用模型,同时,该方法能够在一定程度上弥补预报误差随预报时间增加而不断变大的不足。     

精密单点定位中三种GPS卫星钟差预报模型的精度分析

分析了二次多项式、线性和灰色系统三种预报模型的原理和特点,采用了IGS精密星历和超快星历数据,选取了五颗钟差变化比较典型的卫星,实现了为期一天的卫星钟差预报。