基于哈达玛总方差的卫星钟差参数估计与预报

钟差参数估计与预报是卫星导航系统应用中的一项关键技术。本文研究了基于哈达玛总方差的钟差参数预报方法。随机部分采用幂律谱模型,利用哈达玛总方差计算Kalman噪声参数,进而得到状态噪声和测量噪声协方差阵。最后利用IGS数据,验证了基于哈达玛总方差进行钟差参数估计与预报的适用性。结果表明,短期预报精度可达到亚纳秒级。

导航卫星原子钟Kalman滤波中噪声方差-协方差的确定

用Kalman滤波实时监测卫星钟运行状况,需要确定Kalman滤波协方差阵。首先介绍适用于铷钟的Kalman滤波方程,推导基于哈达玛总方差的Kalman滤波过程噪声参数和观测噪声估计方法,并在此基础上构造Kalman滤波状态噪声协方差阵和观测噪声协方差阵。利用GPSBlockIIR铷钟事后处理的采样间隔为5min的精密钟差数据进行了预报分析,结果表明,当预报时间为1h时,预报精度在1ns左右;当预报时间为6h时,预报精度在(8～9)ns之间。进一步验证Kalman滤波协方差阵估计方法的正确性。

GPS卫星钟差的估计与预报研究

针对GPS星载原子钟噪声特点，利用顾及随机噪声类型的卡尔曼滤波进行GPS在轨卫星钟差估计与预报精度分析，定量揭示了不同类型星载原子钟间的精度差异，同时结合卫星钟稳定性分析，得出Block IIR—M Rb钟稳定性和精度优于Block IIR Rb钟，而Block IIR Rb钟稳定性和精度优于Block IIA Rb钟；Cs钟的精度和稳定性比其他类型Rb钟低2～3倍。另外，该滤波算法用于卫星钟差短期预报也具有一定的优越性，Rb钟预报1天的平均中误差为1．9ns，优于常规的最小二乘预报算法。

导航卫星原子钟频率漂移特性分析

介绍了原子钟频漂定义,总结了频率漂移率测试评定方法,比较分析了不同噪声情况下的频率漂移率估计方法,并用实验室真空状态铷钟的频率偏差数据和GPS卫星钟的精密星历数据进行了计算分析,表明铷钟都有明显频漂,GPSIIR铷钟的日漂移率在10-15量级,而铯钟频漂不是很明显。研究了频漂对原子钟时域稳定性影响规律,还利用模拟数据进行了计算分析,验证了方法的有效性。