灰色模型修正及其在实时GPS卫星钟差预报中的应用研究

在GPS实时精密单点定位中,卫星钟差的实时可靠预报是实现GPS实时高精度单点定位的关键之一.星载GPS原子钟频率高,非常敏感,极易受到外界及其本身因素的影响,从而很难掌握其复杂细致的变化规律,这些属性符合灰色系统理论的特点.因此,考虑将钟差的变化过程看作一个灰色系统.在探讨二次多项式和灰色模型卫星钟差预报局限性基础上,提出了利用改进的灰色模型实时预报GPS卫星钟差的研究,最后利用3个不同时段的GPS卫星钟差资料进行不同采样间隔钟差预报精度分析、灰色模型指数系数与预报精度的关系、与二次多项式预报精度比较分析,总结不同卫星钟差类型与模型指数系数的一般关系,并与IGS最终钟差星历产品比较,验证本文提出的改进预报模型的可行性和有效性.为实时GPS动态精密单点定位提供较高精度的卫星钟差产品.     

基于小波分析和神经网络的卫星钟差预报性能分析

为了有效地进行卫星钟差预报和更好地反映卫星钟差特性,提出了一种基于小波分析和神经网络的4阶段混合模型来实现卫星钟差的预报,并给出了基于小波分析和径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络进行卫星钟差预报的基本思想、预报模型和实施步骤.采用"滑动窗"划分数据,利用神经网络预测小波分解和去噪后的钟差序列各层系数,更精确地把握钟差序列复杂细致的变化规律,从而更好地逼近钟差序列.为验证该混合预报模型的可行性和有效性,利用GPS卫星钟差数据进行钟差预报精度分析,并将其与灰色系统模型和神经网络模型进行比较分析.仿真结果显示,该模型具有较好的预报精度,可为实时GPS动态精密单点定位提供较高精度的卫星钟差.     

用非差分方法确定单颗导航卫星的轨道

在导航系统中有时需要对单颗导航卫星进行定轨.此时由于无法组成常用的同历元单差或双差以消除卫星钟差或接收机钟差,有必要发展新的定轨策略和精度分析.该文以GPS为例,讨论在不依赖于星站间时间同步的情况下,对单颗导航卫星进行精密定轨.首先分析了GPS卫星钟差以及GPS接收机钟差的特性,发现在一定间隔内钟差主要表现为线性变化,而在去除这一线性项后,非线性钟差在3 m以内.利用GPS的伪距对单颗卫星定轨,在将钟差的主要部分作为测距的偏差和偏差变化率后,伪距测量量等价于常见的测距测量量.在利用等价的测距测量量定轨时可同时解算出偏差和偏差变化率参数.为验证该方案的可行性及其定轨精度,利用实测GPS观测数据进行了试验.结果表明,此种定轨方案定轨的径向精度优于4 m.考虑到GPS接收机的频率信号是由普通的晶振产生的,如果地面接收机采用原子钟提供的频率标准,其钟差的非线性部分将更小.模拟计算表明,采用本方案可以期望得到更高的定轨精度.     

基于ROACH2的脉冲星终端研制进展

脉冲星观测研究一直是新疆天文台的主要研究方向,未来建设的新疆110 m口径全可动射电望远镜(简称QTT)也将其作为主要研究方向之一。南山25 m射电望远镜当前使用的脉冲星单脉冲观测终端AFB已使用近20年,系统老化严重,为升级现有单脉冲观测系统,也为QTT的终端设计做预研,基于ROACH2研制了一套脉冲星观测系统。该系统采用氢钟与GPS时间同步以提供秒起始信号,对采样时钟计数并打入数据帧以获取精准时间间隔,两者合成即可获得精确时间信息;采用共享内存缓冲区,使数据在多进程间共享实现并行实时处理。该系统可用于脉冲星单脉冲或到达时间观测,也可用于脉冲星、RRAT或FRB等搜寻。已在南山进行单脉冲、长时间折叠、FRB实时搜寻等观测试验,试验数据表明该终端准确、稳定、可靠,已达到投入观测使用的要求。     

北斗卫星导航系统服务精度评估

精度是北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)服务指标体系的重要内容.给出了北斗卫星导航系统精度指标的含义及精度指标的评估方法,利用实测数据分析了北斗系统实际实现的精度指标,并将其与GPS系统实际实现的精度指标作比较分析.DOP(几何精度因子)值由卫星导航系统空间星座分布决定,是影响用户定位授时精度的重要因素,比较了北斗与GPS在中国区域DOP值分布的差异.GPS系统PDOP(定位几何精度因子)分布均匀,随用户经度和纬度变化不大,在1.0–2.0之间.而受混合星座影响,北斗系统PDOP分布随着测站经度和纬度变化较大,变化范围为1.5–5.0;且随测站纬度增加而变大,由中心经度(东经118?)向两侧不断变大.对于影响用户等效距离误差的空间信号精度进行了比较分析.利用IGS(国际GNSS服务组织)提供的事后精密轨道、激光跟踪数据和北斗双向时频传递测量的卫星钟差评估了北斗基本导航电文的精度.结果表明:北斗IGSO(倾斜地球同步轨道)卫星和MEO(中轨道)卫星轨道径向误差约为0.5 m,大于GPS卫星轨道小于0.2 m的径向误差.北斗GEO(地球同步轨道)卫星激光残差约为65 cm,IGSO卫星和MEO卫星激光残差约为50 cm.受卫星钟差数据龄期影响,MEO卫星钟差参数误差明显大于IGSO卫星和GEO卫星,约为0.80 m.最后,采用MGEX(多GNSS系统试验项目)多模接收机进行了定位试验,分析了北斗系统和GPS在定位精度上的差异.结果表明:受星座构型影响,北斗卫星导航系统定位精度与GPS系统定位精度相比有所差异,但满足水平定位精度优于10 m、高程定位精度优于10 m的设计要求,双系统组合定位精度好于单一系统定位精度.     

基于修正线性组合模型的原子钟钟差预报

原子钟钟差预报在时频工作中起着重要作用.目前常用的预报模型各有优缺点,为了综合各种预报模型特点,可以考虑组合这些模型预报的结果.针对线性组合模型预报钟差时存在的问题,提出了学习权的概念,以有效地利用各种精度信息,建立了修正组合预报模型.为了验证该方法的有效性,选取了4颗GPS卫星IGS(International GN...     

基于IGS MGEX产品分析GPS PPP时间传递

基于Bernese 5.2软件,利用精密单点定位(PPP)的方法,分别采用只包含GPS单系统的IGS快速、最终产品和由IGS多GNSS实验(MGEX)先导项目分析中心GFZ和CODE提供的包含4系统的产品,共4种不同的精密卫星轨道和钟差产品,对PTB-NTSC和PTB-ROB两条国际时间比对链路2个月的GPS数据进行了时间传递试验。选取使用IGS快速产品的时间传递结果为参考,以其他产品时间传递结果与参考值的差异来评价不同精密产品尤其是包含4系统的MGEX产品对GPS PPP时间传递的影响。试验结果表明,不同产品时间传递结果差异的RMS在0.1 ns左右,验证了MGEX多系统产品可以用于GPS PPP时间传递。考虑到MGEX产品本身的自洽性,该结果可以为后续基于MGEX产品进行北斗、Galileo PPP时间传递提供参考。     

附有周期项的预报模型及其在GPS卫星钟差预报中的应用研究

为了有效进行GPS卫星钟差预报和更好地反映卫星钟差特性,除了考虑卫星原子钟频移、频漂和频漂率等物理性质外,还应考虑到卫星钟差的周期性变化特点.在二次多项式模型基础上,增加了周期项因素,构造了新的预报模型.选取部分GPS卫星铯钟(Cs.clock)和铷钟(Rb.clock)钟差资料,根据钟差变化趋势分3种情况,按不同时间长度进行钟差预报分析,并与二次多项式模型的预报结果比较分析,大量数据分析表明:附有周期项的二次多项式模型预报精度优于二次多项式模型,铷钟预报精度略优于铯钟.     

基于Vondrák滤波1阶差分灰色模型的卫星钟差预报方法

为了提高卫星钟差预报的精度,提出基于Vondrák滤波1阶差分的灰色模型算法.首先,对原始钟差数据序列采用Vondrák滤波处理后,得到1组新的钟差数据序列.然后,对相邻历元的钟差数据序列作1阶差分处理.最后,基于Vondrák滤波后的1阶差分的钟差差值数据序列,建立了GPS钟差预报的灰色模型.此外,采用了IGS(International Global Navigation Satellite System Service)公布的精密卫星钟差数据进行了预报试验,通过与卫星钟差预报中常用的2次多项式模型和直接采用原始钟差数据建立灰色预报模型预报结果的对比分析,结果表明:该方法可以对GPS卫星钟差进行高精度的中短期预报.在12 h、16 h、20 h和24 h的平均预报精度分别为0.50 ns、0.85 ns、1.08 ns和1.27 ns,相比于2次多项式模型的平均预报精度分别提高了24.24%、15.84%、12.90%和11.81%;相比于直接采用原始钟差数据建立灰色预报模型的平均预报精度分别提高了56.14%、49.40%、48.82%和47.80%.     

LAMBDA方法在计算GPS信号斜路径水汽含量中的应用

随着GPS数据处理技术的提高以及计算精度的提高,GPS在大气科学中的应用日益广泛.在GPS气象学研究中,斜路径水汽含量(SWV)是一个有重要意义的参数.针对宋淑丽等在2004年提出的一种应用精密星历、IGS钟差、和经过周跳处理的LC组合观测值直接计算SWV的方法存在实时性较差的问题,在处理模糊度搜索的问题上应用了目前城市虚拟参考站(VRS)上应用较为成熟的LAMBDA方法.经过数据试算,验证方法可行,计算结果投影到天顶方向有较好的一致性,此方法得到的垂直方向大气延迟(ZTD)与GAMIT,BERNESE的结果比较,与BERNESE结果的符合精度一般小于1.5cm,与GAMIT结果的符合精度一般小于10cm.     

光纤时间传递系统中时钟驯服模块的设计和实现

提出了一种基于光纤时间传递系统的时钟驯服模块设计方案。介绍了系统硬件的组成。在对信道特性和压控晶振进行理论和实验分析的基础上,设计实现了适用于光纤信道特性的卡尔曼滤波算法以及驯服流程控制程序。实验测试表明：该模块能结合恒温晶振短期稳定度好和光纤时间传递系统秒脉冲长期稳定度好的优点,时间传递的精度优于0．25ns（1σ）,输出的秒脉冲的长期稳定度优于10^-14。     

An Improved Grey Model and Its Application Research on the Prediction of Real-time GPS Satellite Clock Errors

In the work on the real-time GPS precise point positioning, the realtime and reliable prediction of the satellite clock error is one of the keys to the realization of the GPS real-time high accuracy point positioning. The satelliteborne GPS atomic clock has high frequency, is very sensitive and extremely easy to be influenced by the outside world and its own factors. Therefore, it is very difficult for one to know well its complicated and detailed law of change, with these attributes being in accordance with the characteristics of the theory of grey system. Thus, it is considered that the process of variation of the clock error is regarded as a grey system. On the basis of the exploration of the limitations of the quadratic polynomial and grey model satellite clock error predictions, the research on the real-time prediction of the GPS satellite clock error by taking advantage of the improved grey model is proposed. Finally, the materials of the GPS satellite clock error of 3 different time intervals are used to make the accuracy analysis of the clock error prediction of different sampling intervals, to study the relation between the grey model exponential coefficient and the prediction accuracy and to make the analysis of the comparison of the prediction accuracy with that of the quadratic polynomial method. The general relation between the different types of satellite clock errors and the model exponential coefficients is summarized and compared with the IGS final clock error ephemeris product to test and verify the feasibility and availability of the improved prediction model proposed in the present article so as to provide the higher-accuracy satellite clock error products for the real-time GPS dynamic precise point positioning.     

灰色模型用于卫星钟差长期预报的性能研究

利用灰色模型对GPSRb钟和Cs钟进行了长期预报,并与常用的二阶多项式模型预报进行比较,结果表明:灰色模型对GPSCs钟进行长期210d(天)预报时精度高达ns量级,对GPSRb钟的预报精度在10ns量级,明显高于二阶多项式模型的预报精度,满足实际应用中的精度要求。     

利用非差资料的精密点定位方案

单站精密定位 (PrecisePointPositioning ,以下简称PPP)是在同时固定GPS精密星历和卫星钟的前提下 ,利用载波相位和伪距资料进行单台站的精密点定位 .采用该方法时不同台站之间不存在共同的待估参数 ,即各台站互不相关 ,这一特点大大降低了计算量 .采用美国喷气推进实验室JPL发展的数据处理软件GIPSY处理APSG联测资料 ,计算表明PPP的重复率相当于目前国内普遍采用的双差解算结果 .采用较好保持地面网构型的无基准算法 ,计算表明通过Helmert参考系转换后 ,PPP的解算结果与双差算法的外符精度大致相当 .解算表明 ,采用PPP处理 1 0 0个台站约需 3 .5小时 ,而处理同样的资料采用双差算法则需 1 8～2 0小时 .对于我国即将建成的大科学工程或地震监测的多达 2 0 0 0个接收机的GPS网而言 ,在保持精度前提下的节省计算资源和计算时间的PPP解算方案值得广泛的应用     

GPS中BOC调制的FPGA实现

GPS系统中提出了一种新的信号形式,二进制偏移载波(BOC)调制是这种新的信号形式产生的技术关键。首先介绍了BOC调制的定义及其频谱特性,然后阐述了基于FPGA(现场可编程门阵列)硬件平台的BOC调制实现方法,并给出了仿真波形。结果表明,该实现方法是值得提倡的。     

GPS星载原子钟性能评估

介绍了星载原子钟性能评估指标——频率准确度、稳定度、漂移率的定义及计算方法,基于IGS(international GNSS service)卫星钟差数据,对GPS星载原子钟的性能指标进行了分析。其中,基于Hadamard方差方法的稳定度分析结果表明,GPS Block IIR星载铷原子钟天稳已经处于1～3×10-14的水平。     

用GPS校准计算机系统时间

文章介绍了一种计算机时间校正系统,该系统利用GPS提供标准时间,采用UNIX C作为编程语言,具有良好的兼容性,可移植性,可以方便地用于计算机系统时间的校正。     

GPS星历对LEO星载GPS精密定轨精度的影响

目前,越来越多的低轨卫星上都搭载了用于精密定轨的星载GPs接收机,星载GPS已成为低轨卫星精密定轨的主要手段之一.星载GPS精密定轨精度依赖于GPS星历及钟差精度.基于SHORDE-Ⅲ非差动力学定轨功能,以2005年8月1日至8月7日一周的GRACE卫星实测数据为例,采用事后精密轨道(igs)、快速轨道(igr)和超快速轨道(igu)三种GPS星历在同等条件下定轨,估计GPS星历精度对低轨卫星定轨精度的影响,实际计算结果表明igs和igr两类GPS星历定轨精度相当,约为9.5 cm,igu星历定轨精度略低于igs和igr星历,约为10.5cm:高频GPS卫星钟差数据对定轨精度会产生1-6cm影响.     

一种天文CCD观测用的GPS实时钟

本文介绍了ＧＰＳＴ－１型ＧＰＳ实时钟研制中的一些新设计,新技术,如：自动置时,核对和修正;分段并行同步;软硬件抗干扰措施以及应急下的人工置时外同步功能等等。这种ＧＰＳ实时钟的精度达８５ｎｓ,稳定可靠。