改进中位数方法的BDS卫星钟差数据预处理策略

针对卫星钟差数据中会经常出现粗差等数据异常的问题,该文提出了一种基于改进的中位数(MAD)方法的北斗卫星钟差数据预处理策略。该策略首先对长时间段卫星钟差数据的非空数据进行提取,然后将提取的非空数据转换为对应的频率数据,用改进的MAD方法进行处理,在此基础上再对长时间段的卫星钟差数据基于每天的数据采用改进的MAD方法进行再次预处理。通过对北斗卫星一年钟差数据的预处理,从钟差序列本身及其对应的频率序列和钟差的拟合残差3个方面对所提预处理策略进行了验证。实验表明,此策略能够有效地识别并处理北斗卫星钟差数据中的异常值。     

改进中位数方法的BDS卫星钟差数据预处理策略

针对卫星钟差数据中会经常出现粗差等数据异常的问题,该文提出了一种基于改进的中位数(MAD)方法的北斗卫星钟差数据预处理策略。该策略首先对长时间段卫星钟差数据的非空数据进行提取,然后将提取的非空数据转换为对应的频率数据,用改进的MAD方法进行处理,在此基础上再对长时间段的卫星钟差数据基于每天的数据采用改进的MAD方法进行再次预处理。通过对北斗卫星1a钟差数据的预处理,从钟差序列本身及其对应的频率序列和钟差的拟合残差3个方面对所提预处理策略进行了验证。实验表明,此策略能够有效地识别并处理北斗卫星钟差数据中的异常值。     

BDS卫星钟差数据异常值类型识别的卷积神经网络方法

北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)卫星钟差数据中存在多种不同类型的异常值,直接影响钟差预报的质量和性能分析的可靠性。钟差数据预处理是进行钟差预报和分析的前提条件,其中,对异常值的识别是钟差数据预处理的关键。提出一种面向BDS卫星钟差数据异常值识别的卷积神经网络方法。首先将数值型钟差数据转换为灰度二值图格式的数据;然后根据钟差的图形化特征差异进行分类,制作异常值识别的训练集和测试集;最后利用卷积神经网络方法训练钟差数据异常值识别模型,实现钟差数据异常值的精确识别。利用BDS钟差数据进行实验验证,结果表明,所提方法能够精确高效地识别BDS钟差各种类型的异常值,提高了BDS钟差数据预处理的质量和效率。     

一种新的北斗卫星钟差预处理方法

为了提高卫星钟差预报的精度,针对钟差数据中量级较小的误差,提出了一种基于中位数的小波阈值法钟差数据预处理策略。首先,利用小波阈值方法将钟差数据进行分解,得到分解后的高频系数和低频系数。然后,利用中位数法处理各层影响阈值设置的高频系数,通过处理后的高频系数计算阈值,从而提高小波阈值法剔除小异常值的能力。最后,用北斗二号卫星钟差数据进行了验证,结果表明,利用所提方法处理后的钟差数据建模,小波神经网络（wavelet neural network,WNN）模型预报的精度提高约14.1%,预报稳定性提高约19.7%。该方法可以有效剔除钟差历史观测序列中量级较小的误差,改善钟差数据质量,从而提高模型钟差预报的精度。     

异常值对钟差预报模型的影响分析

为了分析异常值对钟差预报模型的影响程度,首先,通过对钟差数据进行绘图分析来识别钟差数据中的异常值;其次,利用中位数法(MAD)和一种基于中位数的小波阈值法钟差数据预处理策略(WMAD)分别对钟差数据中的异常值进行处理;最后,利用处理前、后的钟差数据建模预报钟差,并分析各模型预报的效果。结果表明:较小的异常值对二次多项式和灰色模型2种模型预报的效果影响不大,但会影响时间序列、卡尔曼滤波及小波神经网络3种模型的预报精度。     

BDS-3卫星钟差特性分析

北斗全球导航卫星系统(简称北斗三号系统,BDS-3)载有高精度的国产新型铷钟和被动型氢原子钟,相比于北斗二号系统(BDS-2),其性能得到了极大的提升。为了分析BDS-3卫星钟的性能,首先采用中国矿业大学北斗数据处理与分析中心定轨软件估计了BDS-3的卫星钟差,其重叠弧段标准差精度优于1 ns。然后针对常用卫星钟差异常值探测方法的缺点,改进了Baarda粗差探测法,使其能够有效地处理北斗卫星钟差数据中存在的粗差、钟跳等异常值。最后采用处理后的钟差数据,分析了北斗卫星钟差的周期特性和频率稳定性。结果表明,加入两个周期项后,拟合残差序列更加稳定,拟合精度得到了很大的提升;BDS-3卫星的频率稳定性和BDS-2相比,提升了20.85%～75.09%;北斗中圆地球轨道(medium earth orbit, MEO)卫星的频率稳定性要优于倾斜地球同步轨道(inclined geosynchronous orbit,IGSO)卫星;氢原子钟频率稳定性高于铷原子钟40.16%～65.60%,且氢原子钟的长期稳定性要明显优于铷原子钟。     

BDS卫星钟差半参数平差模型异常数据探测与处理

针对北斗卫星钟差数据中出现钟跳、粗差等异常数据频次较高的问题,将半参数平差模型引入BDS的钟差数据的处理过程中。首先,在考虑系统误差的同时,改进了常用的钟差模型;其次,综合考虑异常数据和系统误差,利用补偿最小二乘原理和极值求解方法,详细推导了分离异常数据前后参数和非参数估计值与相应观测值改正数的关系表达式,实现了异常数据的定值、参数求解和系统误差分离。在此基础上,引入Cook距离,给出了利用参数分量和非参数分量的Cook距离及混合Cook距离,去判断异常值的位置,并给出了一些参数的选取方法及相应的处理措施,实现了卫星钟差异常数据的定位和定值以及部分系统误差的分离。最后,采用武汉大学GNSS中心提供的采样间隔为5 min的北斗卫星精密钟差数据,将本文方法与常用方法进行了试验对比。试验结果表明,本文方法能够有效地识别并处理卫星钟差数据中的异常值,有效克服了基于经验阈值钟差异常数据探测方法的不足,且该方法对于量级较小的异常钟差数据也有很好的探测效果,一定程度丰富了现有的BDS钟差数据质量控制方法。     

利用中位数的GPS卫星钟跳探测方法

GPS卫星钟跳是导航卫星钟差数据处理中的一种常见的数据异常。针对由钟差数据量较大引起的粗差探测效率低下,影响用户定位精度的问题,该文对基于中位数的粗差探测方法进行研究;并在分析钟差数据特性的基础上将此方法进行扩展,使其不仅能够探测卫星钟差数据中的粗差,还能探测卫星钟跳。实验结果表明,该文方法能够较好地进行粗差探测和钟跳探测。     

估计北斗卫星钟差频间偏差的一种方法

针对北斗频间卫星钟差偏差现有估计方法的不足,提出一种估计方法。该方法不仅顾及频间卫星钟差偏差的变化部分也顾及了其常数部分。采用10个观测站数据,验证了本文提出的算法,分析了北斗频间卫星钟差偏差的特性。在短期内,北斗频间卫星钟差偏差常数部分具有稳定性。对采用新算法计算得到的北斗频间卫星钟差偏差进行了模型化,结果表明,每颗卫星对应的频间钟差偏差可以利用10个参数予以高精度表示,对应精度可以达到厘米级。当采用第1天的模型参数进行第2天频间卫星钟差偏差值计算时,可实现厘米级结果。基于北斗频间卫星钟差偏差的稳定性与可模型化性,提出了高精度北斗卫星钟差服务策略,为我国高精度北斗卫星钟差服务提供参考。     

BDS星载原子钟长期性能分析

北斗卫星导航系统(BDS)于2012年底开始提供区域服务,进行BDS星载原子钟的长期性能分析,对于系统性能的评估、卫星钟差的确定与预报等具有重要的作用。本文基于3年的多星定轨联合解算的BDS精密卫星钟数据,利用改进的中位数方法进行数据预处理,分析了卫星钟差数据的特点,使用卫星钟差二次多项式拟合模型分析了卫星钟的相位、频率、频漂及钟差模型噪声的长期变化特性,根据频谱分析的方法分析了卫星钟差的周期特性,采用重叠哈达玛方差计算并讨论了卫星钟的频率稳定性。综合上述方法及其试验结果较为全面地分析和评估了BDS星载原子钟的长期性能,得到结论:在噪声特性和钟漂特性方面,MEO卫星钟的性能最好,其次是IGSO卫星钟,最差的是GEO卫星钟,所有卫星钟噪声水平和频漂的均值分别为0.677ns和1.922×10~(-18);多星定轨条件下的北斗卫星钟差存在显著的周期项,其主周期分别近似为对应卫星轨道周期的1/2倍或1倍;BDS星载原子钟频率稳定度的平均值为1.484×10~(-13)。     

广义延拓插值法在BDS精密钟差中的应用

在高精度卫星数据处理中,卫星钟差数据的插值是一项重要的工作,其插值精度直接影响到卫星定位的精度,而传统的插值和拟合方法各有一定的局限性． 本文尝试将广义延拓插值法应用在北斗卫星导航系统（BDS）卫星钟差数据的处理中,通过把5 min历元间隔的钟差数据插值为30 s,再与30 s的精密钟差数据进行对比,并对其插值精度进行评估．讨论三个参数不同的取值组合与其插值结果精度之间的关系,得到最优参数组合,在该参数组合条件下与传统的Lagrange插值法的插值结果进行对比,得出的结果表明:利用广义延拓插值法对BDS卫星钟差数据进行插值时,其精度能够满足要求且略高于Lagrange插值法．      

EEMD分解的超快速北斗卫星钟差预报

为提高北斗卫星钟差预报精度,本文提出采用多项式和集合经验模态分解相结合的模型进行北斗卫星钟差的预报,并采用GPS数据验证算法的正确性。在剔除卫星钟差中的趋势项部分后,利用经验模态分解法对残差分解得到不同频率的时间序列。对各时间序列用不同模型进行预报并进行线性组合,最终的钟差预报值由趋势项和各时间序列的预报值复合而成。试验表明:该模型对北斗卫星钟差预报取得了较好的结果,与ISU-P相比,精度提升幅度在7.3%~43.0%之间。     

北斗卫星钟差异常值处理的似然比方法

北斗卫星导航系统(BDS)星载原子钟由于受到空间环境的影响和各种不确定因素的干扰,导致获取的卫星钟差数据中经常会出现异常扰动,从而降低了卫星钟性能分析的可靠性、破坏了钟差建模和预报的有效性、影响导航定位结果的精准度,需要对BDS卫星钟差数据中存在的异常值进行探测和处理。基于求和自回归移动平均模型建立BDS卫星钟差异常值探测的方差膨胀模型;运用似然比方法对BDS卫星钟差时间序列中的异常值进行探测;推导了Score检验统计量,运用最小二乘法对异常扰动的大小进行估计。试验结果表明,似然比方法能够准确探测BDS卫星钟差数据中异常值的位置,精确估计异常扰动的大小。     

多星定轨条件下北斗卫星钟差的周期性变化

基于地面监测网的多星精密定轨可以同时解算出北斗卫星轨道和卫星钟差。由于轨道和钟差的耦合影响,卫星钟差时序难免会出现周期性波动。此外,受限于目前并不完善的北斗全球监测网络分布、系统导航文件缺失以及定轨后处理软件的设置问题,3类卫星的钟差均存在大量数据间断问题。本文利用适用于间断数据的谱分析方法,对多星定轨条件下的北斗卫星钟差数据进行了周期项提取,并利用周期项改进后的钟差预报模型评估了24h以内的预报精度。基于近一年的数据分析表明,北斗GEO卫星钟差3个主周期依次为12、24和8h,IGSO卫星钟差的3个主周期依次为24、12和8h,而MEO卫星钟差的3个主周期依次为12.91、6.44和24h。与改进前相比,周期项改进后的钟差预报模型将北斗卫星钟差在24h以内的预报精度提高了20%~40%。     

基于优化残差组合的北斗卫星短期钟差预报研究

为解决传统模型因使用卫星钟差一次差分序列而导致预报精度差的问题，进一步提升预报精度，提出一种优化残差组合对卫星钟差一次差分序列进行预报的方法.该方法首先根据北斗卫星钟差序列的特点，利用四分位法(IQR)代替中位数法对一次差分序列进行预处理，然后利用自回归滑动平均模型(ARMA)将经过预处理后的卫星钟差一次差分序列分成趋势项和残差随机项，接着利用极限学习机(ELM)模型对残差部分进行建模预测，最后将ARMA模型的预测结果和ELM神经网络的残差预测结果求和后进行差分还原.结果表明：当卫星钟差呈非线性时，组合模型的预报精度比传统模型提升了38.2%，在北斗卫星钟差短期预报中具有一定的可行性.     

一种北斗卫星钟差短期预报新方法

为提高北斗卫星的定位与授时精度,必须准确计算出卫星钟差数值。本文考虑北斗卫星钟差中随机部分误差的影响,尝试建立北斗卫星钟差拟合推估模型,根据拟合推估两步极小解法解算该模型,在求解协方差函数系数中,依据模型残差拟合多项式系数;并与常用的灰理论模型、拟合推估的正常解法钟差预报模型结果进行比对,算例结果表明了两步极小解法及拟合推估模型在北斗卫星钟差短期预报方面的有效性。     

星载原子钟性能分析与卫星钟差建模预报研究

正GNSS星载原子钟是决定导航、定位和授时性能的导航卫星核心载荷之一,开展卫星钟相关研究对于系统的正常维持和运行具有重要的理论意义和实践价值。本文采用GNSS卫星钟差产品对钟差数据预处理、钟差产品质量评定、星载原子钟性能分析及卫星钟差建模与预     

幂函数变换的GM(1,1)模型在BDS卫星钟差预报中的应用研究

由于卫星钟存在频率高、敏感性强、极易受到外界影响从而导致观测数据波动大,预测结果精度低的问题,利用幂函数变换法对初始观测数据进行变换预处理,从而提高观测数据的平顺度.由此提出一种基于幂函数变换的GM(1,1)模型,选用北斗卫星导航系统(BDS)卫星钟差进行插值和预报,并且进行了精度验证.实验结果表明:Lagrange插值方法可以满足高精度BDS的钟差的插值需要;利用幂函数变换的GM(1,1)模型相比传统模型精度有效提高了,而且当改进模型和传统模型预报值越接近实际值,则幂函数改进的GM(1,1)模型精度更高,适用性更强,对BDS卫星钟差预报具有实际参考价值.     

星载原子钟稳定性影响分析

以最大限度保持星载原子钟稳定性计算结果的准确、可靠性为目标,分析了原始数据采样间隔、非连续间断时间序列、无数据段、频率漂移等因素对原子钟稳定性计算结果的影响。利用GPS卫星精密钟差数据针对阿仑和哈达玛方差进行了影响量级分析,得出了有益的结论。     

滑动式广义延拓插值法在GLONASS钟差插值中的应用

在对卫星钟差数据进行插值处理时,所采用插值算法的精度,直接影响到卫星钟差插值结果的精度,继而影响了卫星导航定位的精度. 因此在对卫星钟差数据进行插值时,应选择适宜的插值方法. 将Lagrange插值法和切比雪夫多项式拟合法进行滑动,利用这两种传统的插值方法和滑动式广义延拓插值法,分别对历元间隔为5 min的GLONASS卫星钟差数据插值到历元间隔为30 s的钟差数据,再与历元间隔为30 s的精密钟差数据进行对比,分析三种插值方法在GLONASS卫星钟差数据中的应用效果. 结果表明:利用这三种插值方法对GLONASS钟差数据进行插值时,插值精度均能满足要求,且滑动式广义延拓插值法的插值精度最高.