基于样条插值和卡尔曼滤波的钟差预测方法研究

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GPS授时因其覆盖范围广、授时精度高的优良特性在全球范围内得到了广泛的应用。精确的轨道信息是精密定位和精确授时的基础,如何获得精确的卫星轨道信息和接收机钟差是 GPS授时研究的关键技术,也是本文研究的重点。
　　对一般用户来说,卫星坐标是根据接收机收到的卫星导航电文中的广播星历参数按固定的公式来计算的。这种方法计算过程繁琐,会占用大量的内存,影响计算效率。目前较为常见的解决方法是对广播星历进行插值或拟合来获取较为精确的卫星坐标。本文先介绍了拉格朗日插值和三次样条插值算法,针对样条插值法边界条件难以获取的问题,提出将拉格朗日插值法与三次样条插值相结合的方法,并将该方法应用于 IGS提供的星历数据进行插值得出卫星轨道数据,并给出了算法的计算精度,同时分析了插值阶数对精度的影响。在此基础上,由经过插值之后的卫星轨道参数计算接收机钟差。影响接收机钟差的误差按照性质可分为系统误差和随机误差两类。针对系统误差,可以利用经验模型进行消除;而随机误差难以模型化,本文提出用卡尔曼滤波方法来处理。由于卡尔曼滤波算法中初始参数的选择对滤波结果影响很大,论文接着对卡尔曼滤波初始参数的选择做了推导分析。最后对由插值的卫星轨道数值计算得到的接收机钟差进行卡尔曼滤波研究。实验结果表明,本文的钟差预测方法在一定程度上提高了接收机时钟的精度和稳定度。
　　文章的结尾总结了本文的工作,展望了下一步工作的方向。
　　通过分析实验结果,本文得到了以下有意义的结论:
　　●通过对星历数据进行数值内插,能够得到满足采样率要求的数据,同时亦能保证插值数据的误差在允许的范围内。对于接收机高速采集卫星信号的情况,可以借鉴此方法来提高采集的效率并减小计算的复杂度。
　　●拉格朗日多项式插值适合于对计算量要求不大的应用场景,在阶数较低时能获得比较高的精度;三次样条插值则适用于边界条件容易获得且对计算速度要求较高的情况。
　　●卡尔曼滤波能从带有噪声的信号中估计信号的真实值。实验结果证明,通过对接收机钟差数据进行卡尔曼滤波,能够比较准确地预测接收机的实际钟差,从而提高了授时的精度。

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作者
陈静开;
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作者单位

广西大学;

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授予单位广西大学;
学科计算机应用技术
授予学位硕士
导师姓名黄旭方;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类全球定位系统（GPS）;插值法;
关键词
卡尔曼滤波; 样条插值; 接收机钟差;

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专利

1. 一种基于插值和卡尔曼滤波的接收机钟差预测方法 [J] . 黄旭方 ,陈静开 ,韦义宏 . 电讯技术 . 2015,第005期
2. 改进的卡尔曼滤波的铷原子钟钟差预测 [J] . 张继荣 ,汤利娜 . 西安邮电学院学报 . 2019,第005期
3. 改进的卡尔曼滤波的铷原子钟钟差预测 [J] . 张继荣 ,汤利娜 . 西安邮电大学学报 . 2019,第005期
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5. 用卡尔曼滤波方法进行氢钟钟差预报的方法与结果 [J] . 程梦飞 ,李博 ,齐昕 . 测绘科学与工程 . 2016,第003期
6. 基于扩展卡尔曼滤波的钟差补偿多普勒平滑伪距算法 [C] . 罗怡然 ,LUO Yiran ,张磊 . 第七届中国卫星导航学术年会 . 2016
7. 基于混沌时间序列的卫星钟差预测研究 [A] . 陈演羽 . 2019

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