【摘 要】
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实时精密单点定位(Real-Time Precise Point Positioning,RT-PPP)是当前全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System)领域研究热点和重要发展方向之一,在导航、定位与授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)领域有着广泛的应用。随着中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigat
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实时精密单点定位(Real-Time Precise Point Positioning,RT-PPP)是当前全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System)领域研究热点和重要发展方向之一,在导航、定位与授时(Positioning,Navigation and Timing,PNT)领域有着广泛的应用。随着中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)全球星座部署工作的完成,开始正式提供全球服务,基于BDS的实时精密定位服务对于经济发展和国防建设具有重要意义。一般地,RT-PPP的实现依赖于外部实时精密产品的获取,如超快速精密轨道、实时精密卫星钟差、大气延迟改正和卫星硬件延迟等,其中实时精密卫星钟差产品质量对RT-PPP定位性能影响巨大;并且目前包含BDS的公开实时产品较少,一定程度上制约了 BDS实时PPP的应用拓展。因此,本文以建立BDS实时精密单点定位服务系统为主要研究目标,着重展开了对于BDS-3卫星原子钟性能分析、钟差数据建模预报以及BDS RT-PPP的定位性能的评估与研究。本文主要研究工作和贡献如下:1)利用连续550天解算的BDS精密卫星钟数据,基于卫星钟差二次多项式拟合模型分析了 BDS-3卫星钟的相位、频率、频漂及钟差模型噪声等物理指标的长期变化特性;同时采用频谱分析方法对BDS不同轨道不同原子钟的周期特征进行了分析;利用Hadamard方差对卫星钟的频率稳定性指标进行计算,讨论了频率稳定度的长期变化特征。综合上述实验结果,全面地评估了 BDS-2/BDS-3星载原子钟的长期性能。2)多角度分析了 BDS卫星钟差预报精度,探讨了 BDS-3氢钟及新型铷钟对于不同模型的适用性问题。文章基于BDS精密钟差数据,对不同预报时长下线性模型(Linear Polynomial model,LPM)、二次多项式模型(Quadratic Polynomial model,QPM)、灰色模型GM(1,1)(GM)和整合移动平均自回归模型(Autoregressive Integrated Moving Average model,ARIMA)模型的预报精度进行统计分析,比较BDS 卫星铷钟(Rb)、新型铷钟(Rb-Ⅱ)及被动氢钟(PHM,passive hydrogen maser)在各个模型下的预报精度。结果表明,BDS-3氢钟在预报精度和预报稳定度上均具有最优的结果,12h预报结果仍处于0.5ns;此外,BDS-3氢钟适合使用LPM进行钟差数据预报,而BDS-3新型铷钟更适合使用QPM进行钟差数据预报,此结论可为BDS钟差模型的进一步精化提供有利的参考。3)针对CNES提供的实时服务产品,分析了 CLK93 BDS实时卫星轨道及钟差产品的质量;基于质量分析,研究了 BDS、GPS以及BDS/GPS组合三种方案下静态、动态实时PPP定位性能,并以真实动态数据呈现BDS动态RT-PPP定位性能。实验表明,BDS MEO和IGSO实时轨道产品精度均能保持在10cm内,实时钟差产品精度为0.3ns,精度与GPS相当;而GEO轨道精度达到m级,钟差精度在1ns量级。在BDS实时PPP定位性能方面,静态和仿动态情况下,BDS收敛时间在50min左右,定位精度为分米级;真实动态下,BDS在E、N、U三方向上定位精度分别为1.3m、1.6m和1.7m。由于CNES只播发了 BDS-2卫星实时产品,仅BDS-2参与RT-PPP参数估计使得定位性能稍差,将来BDS-3实时产品的加入会进一步提高BDS实时服务性能。图[35]表[20]参[103]
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