摘要：针对中长期钟差预报中现有模型预报精度和运算效率相互制约的问题,提出一种非线性自回归(NAR)动态神经网络模型,以提高中长期钟差预报精度和运算效率。该模型选择Levenberg-Marquardt(LM)作为网络训练方法并采用递归预测的方法来预报中长期钟差,设计了基于钟差变化的建模数据预处理方案。利用NAR模型对GPS卫星钟差进行中长期预报,并与二次多项式(QP)、灰色模型(GM(1,1))、小波神经网络模型(WNN)及T-S模糊神经网络模型(T-SFNN)进行实验对比。实验结果表明:所提方法的中长期预报性能优于QP和GM(1,1)两种模型,其60天的钟差预报精度分别提高了64.5%和93.7%;相比WNN和T-SFNN两种模型,其60天钟差预报的模型运算时间分别缩短了约430s和459s,验证了所提方法在预报精度和运算效率方面具有较好的综合性能。

摘要：针对卫星钟差难以用精确模型来进行预报的问题,将极端学习机（extreme learning machine,ELM）神经网络用于导航卫星钟差预报。针对ELM网络隐层结构难以确定的问题,提出了基于自适应共振理论（adaptive resonance theory,ART）网络思想的ELM网络结构设计算法。该算法将ART网络的聚类特性用于ELM网络结构设计中,通过对输入向量与已存模式的相似度比较将输入向量进行分类,自适应地确定隐层节点规模。使用GPS卫星钟差数据进行30d的预报实验,结果表明,此方法的钟差预报精度明显优于二次多项式模型和灰色系统模型。

摘要：为解决卫星相对钟差估计问题,设计3种观测网布设方案,比较采用不同网型数据计算的卫星钟差结果,并将计算所得的卫星钟差应用于精密单点定位计算,分析其对定位精度的影响。结果显示,卫星钟差的计算模式与跟踪站位置无关,小区域计算的卫星钟差也具有较高的应用价值。

摘要：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报进行了系统的研究。论文主要成果和创新点如下:(1)设计了一种基于中位数(MAD)方法的长时间段钟差数据预处理策略。该策略首先提取长时间段卫星钟差数据的非空历元,基于MAD方法对其进行预处理,然后用MAD方法对每天的钟差数据进行再次预处理得到最终处理后的钟差数据。预处理试验的结果验证了所提策略的有效性。(2)提出了一种基于小波分析的异常钟差数据预处理方法。该方法首先对频率数据进行小波分解,得到分解后的低频小波系数和各层的高频小波系数,然后结合小波系数图和阈值公式判断小波系数中异常点的位置并对其进行处理,最后将处理后的小波进行重构,还原得到处理后的钟差数据。从新法对粗差点的处理效果、不同尺度小波分解对处理结果的影响以及不同小波函数预处理效果的差异三个方面,验证和分析了所提方法的有效性及其相关特性。(3)给出了一种能够同时考虑星载原子钟多种性能指标的GNSS卫星钟长期性能评估体系:基于长时间段的卫星钟差数据,利用改进的中位数方法进行数据预处理分析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卫星钟的相位、频率、钟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卫星钟差的周期特性,分别采用重叠Allan方差和重叠Hadamard方差计算并讨论星载铯钟和铷钟的频率稳定性,计算并分析频率准确度和日漂移率的长期变化规律。此外综合上述方法及其结果,较为全面地评估了BDS和GPS BLOCK IIF卫星钟的长期性能。(4)顾及星载原子钟物理特性、钟差周期性变化与随机性变化的特点,建立了附有周期项和ARIMA的二次多项式模型(组合模型)以及基于抗差最小二乘配置理论的卫星钟差模型(LSC模型)。钟差预报试验及其结果分析表明:顾及钟差周期特性与随机特性能够进一步提高钟差建模的准确性和钟差预报的效果,组合模型能一定程度克服单独使用ARIMA模型进行钟差预报时的不足,针对LSC模型所给的协方差函数确定方法及其对应的参数取值范围是有效的,两种新模型均能有效地预报钟差且效果优于常用模型。(5)对钟差一次差分预报原理进行了改进,并设计了钟差一次差分数据的预处理方法。在此基础上,分析了常用钟差预报模型在钟差一次差分数据条件下的预报特性,且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;同时结合对IGS RTS卫星钟差改正数的分析,提出了一种钟差改正数预报方法,其30 s的预报精度可达0.06 ns。(6)根据卫星钟差的特点,基于小波神经网络(WNN)提出了一种能够改善卫星钟差预报效果的方法。首先相邻历元钟差数据进行一次差分得到对应的钟差一次差分序列,然后对该序列进行预处理,并基于预处理后的一次差分数据对WNN进行建模;在建模的过程中,采用遗传算法优化WNN的初始网络参数。模型确定后,根据时间序列预报一次差分值,最后将预报的一次差分值还原得到对应的钟差预报值。试验结果表明:一次差分方法使得预报钟差的WNN不但模型结构简单而且预报精度高,针对钟差一次差分序列所设计的预处理方法通过降低数据粗差的影响能够进一步改善WNN的预报性能,新方法1天内的预报效果优于IGU-P钟差且其中长期预报性能优于几种常用模型。

摘要：在GNSS提供实时定位服务时,卫星钟差的实时估计存在精度低、效率低等问题,需进行优化改进。文章将ISB/IFB为参数,将传统非差估计方案为基础,提出一种混合估计方案,并以2018年的GNSS实时观测数据为样本,验证混合估计方案的实时估计效率、精度及精密单点定位,为实时估计优化提供帮助。

摘要：提出一种基于拉格朗日插值的灰色模型卫星钟差预报方法:首先对卫星钟差第一天偶数整时的值采用灰色模型进行建模,然后利用已建立的模型预报第二天相应时间的钟差,对预报得到的钟差进行拉格朗日插值建模,通过内插得到其他时刻的预报值。计算结果表明,该方法能够大幅度地提高预报精度。

摘要：IGS的多GNSS实验项目(Multi-GNSS Experiment,MGEX)所提供的事后精密卫星钟差作为一种基础性的GNSS数据产品。在分析MGEX事后精密钟差产品特点的基础上,设计用于卫星钟差精度评价的内符合精度指标和外符合精度指标。基于该指标对MGEX的欧洲定轨中心(CODE)、波茨坦地学中心(GFZ)和武汉大学(WUM)三个分析中心2015年的事后精密卫星钟差进行精度分析。结果表明:GFZ的卫星钟差精度相对最差,CODE的卫星钟差内符合精度最高,WUM的卫星钟差外符合精度最高,三个分析中心的卫星钟差内外符合精度平均值分别为0.307ns和0.322ns;随着GPS系统的更新其卫星钟差的精度有所提高,同时GPS系统中BLOCK IIF铯钟的钟差内外符合精度均最高;CODE的卫星钟差内符合精度随卫星钟类型的不同变化相对较小。

摘要：提出一种附加误差修正的GM(1,1)模型卫星钟差预报方法:首先采用GM(1,1)模型利用已有观测值建模,然后利用已有的多余观测值得到预报残差,提出一个误差修正模型,最后利用该修正模型对预报结果进行改正。同时,为保证其可靠性,给出一个修正的阈值。计算结果表明,该方法能够大幅度地提高预报精度,尤其是当GM(1,1)模型预报结果有较大系统偏差时。

摘要：北斗卫星导航系统新一代试验卫星星座由2颗高轨倾斜地球同步轨道卫星和3颗中轨地球轨道卫星组成,2016年2月全部发射入轨,其任务是验证北斗系统从目前区域导航定位授时服务走向全球服务的新技术体制设计及指标性能.导航卫星星载原子钟是最重要载荷之一,负责星上时间频率基准信号维持和产生,本文利用星地双向时频传递设备观测的星地钟差数据,评估了试验星配置的新型高精度铷钟和被动型氢钟的实际性能,定量比较了相对于北斗区域系统卫星钟的性能提升.结果表明新一代试验星与北斗区域系统卫星钟差预报精度相比较有较大提高,地球倾斜静止卫星(Inclined Geosynchronous Orbit,IGSO)短期预报误差从0.65ns减小到0.30ns,中轨道卫星(Medium Orbit,MEO)短期预报误差从0.78ns减小到0.32ns,IGSO/MEO卫星中期预报误差均从2.50ns减小到约1.50ns.星间链路(Inter-Satellite Link,ISL)是北斗全球系统最重要的技术体制设计之一,本文评估了试验卫星实现的星间伪距测量对提升空间信号精度,即轨道和钟差的贡献,得到在地面监测网无法连续覆盖到的境外弧段,高精度星间链路测量对轨道确定和钟差测定精度的提升尤为明显.加入星间伪距测量,MEO卫星重新入境时钟差预报误差由3ns减小至1ns以内.采用星地星间联合定轨方法估计的卫星轨道径向重叠弧段互差优于0.1m,三维位置重叠互差优于0.5m,预报24h径向重叠弧段互差优于0.2m,三维位置重叠互差优于1m,均较区域监测网L波段定轨结果有较大提升.为解决多星定轨处理时卫星钟差与轨道高度耦合问题,本文提出了卫星钟差半约束模式定轨处理方法.用户等效距离误差分析结果表明采用卫星钟差半约束的定轨模式,卫星轨道预报4h用户等效距离误差由1.04m减小至0.82m.

摘要：为分析北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)B1C/B2a新信号的服务水平,基于混合差分的方法,结合全球均匀分布的观测站数据解算得到BDS精密钟差,进一步估计宽窄巷未校准相位延迟(Uncalibrated Phase Delay,UPD)。使用二次差法对所估计的BDS-3钟差精度进行评估分析,验证估计产品的准确性;通过UPD产品长期序列来研究其稳定性;将估计的钟差和UPD等产品应用于精密单点定位浮点解和固定解(Precise Point Positioning-Ambiguity Resolution,PPP-AR)进行验证。根据数据处理结果可知,地球静止轨道(Geosynchronous Earth Orbit,GEO)、倾斜地球同步轨道(Inclined Geosynchronous Satellite Orbit,IGSO)和中地球轨道(Medium Earth Orbit,MEO)3种轨道类型的估计卫星钟差平均精度分别为0.209、0.095、0.087 ns;BDS-3宽巷UPD长期序列标准差(Standard Deviations,STD)均在0.04周以内,窄巷UPD一天内的最大变化不超过0.15周,BDS-2宽窄巷UPD的稳定性略差于BDS-3;全球范围内均匀挑选的测站PPP浮点解的平均定位精度在北(North,N)、东(East,E)、天(Up,U)各方向分别为2.21、3.50、6.01 cm,经模糊度固定后,固定解分别提升至1.11、1.26、3.50 cm,提升了49.8%、64.0%、41.8%,验证了估计钟差和UPD方法的正确性与新信号良好的服务性能。