gps载波相位时频传递中的数据质量控制问题研究word论文.docxVIP

目录1 绪论11.1研究背景11.2研究内容和方法31.3本文研究的目标及意义31.4论文内容安排42 现代测量数据处理中的理论和方法52.1标准最小二乘估计52.2抗差估计原理62.3选权迭代法进行抗差估计72.3.1独立观测的等权迭代法72.3.2独立观测的非等权迭代法82.3.3选权迭代法的算法82.4几种常用的抗差最小二乘方法93 时间频率传递及GPSCPTT 原理113.1GPS简介113.1.1卫星星座部分113.1.2地面监控部分113.1.3用户设备部分124 周跳探测与修复理论综述244.1周跳产生的原理244.2周跳探测与修复的常用方法25I4.2.1.Turbo Edit 算法254.2.2传统的多项式拟合法274.2.3电离层残差法274.2.4伪距相位组合法284.2.5高次差法305 利用抗差多项式拟合法修复周跳315.1相邻历元间求差并将时间标准化315.2利用抗差估计求解拟合系数315.3算例实现及分析335.3.1数据准备335.3.2具体实验过程和结果分析336 结论与展望406.1结论406.2展望40致谢41参考文献42II1绪论1.1研究背景本文在选题时，以中国科学院时间频率基准重点实验室的同名开放基金课题为依托，研究内容是GPS载波相位时频传递中的数据质量控制问题，重点针对传统的周跳探测与修复方法进行改进。现代科学技术快速发展的今天，高精度时间频率比对技术同样也得到了快速的发展。作为一个国家的基础科学技术的发展基石，高精度时间频率的应用范围越来越广泛，已经从基础的科学理论研究领域渗透到了实际的工程施工技术领域。如信息传递手段、深高空探测技术、导航与定位方法和技术、武器的实验与改进、卫星编队飞行控制、地震预警和预报等。高精度时频技术关系到人类生活和生产的各个方面，特别是在时间、空间等高、精、尖技术领域的应用，如小组卫星的编队飞行控制、星际或者空间旅行、深空跟踪等。随着激光冷却原子技术、光晶格离子囚禁技术、相干布局囚禁和锁模飞秒脉冲激光等新事物在量子频率标准领域的应用[1-4]，目前人们应用的频率标准技术的指标不断的被打破、更新。与此同时，量子频率标准的性能也在快速的提高，从历史的统计结果来看，大概每过七到十年，量子频率标准就会提高一个数量级[5-6]。量子频标技术突飞猛进的发展势头在两个方面表现的最为突出：一是在时间频率基准方面，时间频率基准频率标准是在实验室环境下运行的，由于这类频率标准高于其他所有类型的频率标准，所以将它作为传递时间频率的计量源泉，另外，很重要的是，这种类型的频标有对其自身进行性能优劣的评估能力；第二体现在授时型量子频标方面，授时型量子频标同样需要在实验室环境下运行，它最突出的特点是具有高度稳定和可靠的连续工作的性能，因此这类频标主要用在时间保持领域。如果量子频率标准提高了，但时间频率传递的方法和手段改进幅度滞后的话，还是不能满足人们对高精度时间频率技术的需求。因此，人们必须在量子频标飞速发展的形式之下，改进现有的时频传递方法，或者去探索更新更有效的时间频率传递方法。现在世界上相对比较成熟的时间频率传递方法有：双向卫星法（TWSTFT，即Two WaySatelliteTimeandFrequencyTransfer）、消除电离层影响的GPSP3 共视法、GPS载波相位法（传统GPSCP，即GPSCarrierPhase）、连续GPS载波相位时间传递法（连续GPSCP）等。但是，以上方法都有这样或那样的不足和缺陷。例如：基于GPS码测量的共视法的精度太低；卫星双向法（TWSTFT）需要专门的中介卫星且需要其他的专门测量设备，而且这些专用设备往往价格昂贵。相反的是，GPS的测量所需要的设备并不1西安科技大学硕士学位论文特殊，而且相对于TWSTFT中的设备比较廉价，极为重要的是GPS载波相位测量在大地测量领域应用的非常广泛，技术相当成熟和稳定，定位精度已经能达到厘米级，因而研究GPS载波相位时间频率传递（GPSCPTT）的人较多。研究这种方法的现实意义最大，潜在的经济效益也最大。但是，GPS载波相位测量会受到各方面（或是系统或是大气传输介质）的影响，人们得到的观测值的精度会大大降低，甚至会得到错误的结果。如果用质量较差的数据直接进行时间频率传递，所得结果的精度很难达到人们生产或者研究的需求，为了解决这一矛盾，必须采取各种可行的手段提高数据质量，进而得到高精度的时频传递结果。对GPS载波相位观测数据进行预处理时，主要的工作就是检查数据质量、解算出正确的整周模糊度。相比于普通GPS测量，GPSCPTT 对数据的质量要求更高，数据中绝对不允许有太大的误差，更不允许有粗差或者错误的存在。一般情况下，影响GPS载波相位观测数据质量的最重要的因素就是整周模糊度的解算不准