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卫星导航定位系统高精度时间同步算法研究

作　者: 刘晓刚
导　师: 吴晓平
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 时间比对时间同步地心惯性系星地无线电双向时间比对法 Sagnac效应时间预报多项式模型切比雪夫多项式模型灰色系统模型
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 78次
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内容摘要

时间作为基础物理量,在各领域中都有十分重要的意义。高精度的时间比对技术是实现高精度时间系统的关键,也是建立卫星导航定位系统的重要技术基础之一,直接影响系统导航、定位以及授时精度。本文围绕卫星导航定位系统中高精度时间同步算法进行了系统地研究和探讨,主要内容如下:1.简要回顾了时间同步技术在国内外的发展历程,论述了本论文研究的理论意义和实际应用价值。2.推导了星地无线电双向时间比对法的基本计算模型。根据星地无线电双向时间比对法的基本原理,详细推导了该方法在地心惯性系中精确到卫星和地面站速度的二次幂以及加速度的一次幂的计算模型。3.计算分析了星地无线电双向时间比对法基本计算模型中距离改正项时延对星地间相对钟差的影响量级。当采用GEO、GPS、GLONASS、Galileo卫星与地面站之间进行时问比对时,计算了模型中距离改正项时延对星地间相对钟差的影响量级,总结了在1ns和1ps的计算精度下分别需要考虑距离改正项中哪几项时延对星地间相对钟差的影响。4.分析总结了各主要误差源对星地无线电双向法时间比对的影响。分析了主要误差源对时间比对结果的影响,总结了在不同的精度要求下各主要误差源需要达到的精度。5.推导了Sagnac效应的计算模型。在卫星共视法时间比对中,以GEO、IGSO、MEO卫星为例,当地面站在赤道上和不在赤道上时,推导了这三种类型卫星在地心惯性系中Sagnac效应的具体表达式,编制了Sagnac效应的计算软件。6.总结了其它几种相对论效应对时间传递的影响。总结了引力频移、时间膨胀、偏心率效应等其它几种相对论效应对时间传递的影响。7.分析比较了几种时间预报模型的钟差预报效果。针对四颗不同时期发射的GPS卫星的卫星钟,对多项式模型、切比雪夫多项式模型以及灰色系统模型的短期、中长期钟差预报效果进行了分析和比较。

全文目录

摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
第一章绪论  10-15
  1.1 概述  10
  1.2 时间比对技术的发展历程  10-13
  1.3 论文的主要内容  13-15
第二章星地无线电双向法时间比对计算模型  15-30
  2.1 数学模型  15-19
    2.1.1 基本原理  15-16
    2.1.2 具体公式推导  16-19
  2.2 距离改正项时延对星地相对钟差影响量级分析  19-22
    2.2.1 距离改正项时延的实用计算公式  19-20
    2.2.2 对GEO、GPS、GLONASS以及Galileo卫星影响量级分析  20-22
  2.3 误差分析  22-28
    2.3.1 设备时延误差  22-23
    2.3.2 传播路径时延误差  23-25
    2.3.3 卫星和地面站运动引起的误差  25-28
    2.3.4 星地无线电双向法时间比对的理论精度  28
  2.4 小结  28-30
第三章相对论效应的计算和分析  30-45
  3.1 SAGNAC效应的求解  30-39
    3.1.1 导航方程  31
    3.1.2 导航方程中Sagnac效应的计算模型  31-33
    3.1.3 卫星共视法中Sagnac效应的计算模型  33-39
  3.2 引力频移对时间传递的影响  39-40
  3.3 时间膨胀对时间传递的影响  40-42
  3.4 偏心率效应对时间传递的影响  42-43
  3.5 其它几个相对论效应对时间传递的影响  43
  3.6 小结  43-45
第四章几种钟差预报模型的分析和比较  45-82
  4.1 多项式模型  45-46
  4.2 切比雪夫多项式模型  46-47
  4.3 灰色系统模型  47-48
  4.4 计算分析  48-80
    4.4.1 预报1天的卫星钟差  49-60
    4.4.2 预报14天的卫星钟差  60-70
    4.4.3 预报70天的卫星钟差  70-80
  4.5 钟差预报软件简介  80
  4.6 小结  80-82
第五章结论及展望  82-85
  5.1 结论  82-84
  5.2 展望  84-85
参考文献  85-87
附录 GPS卫星主钟类型表  87-88
作者简历攻读硕士期间完成的主要工作  88-90
致谢  90

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