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在全球导航系统中,想要获得精确的定位,那首先要实现精确的时间测定。也就是说,要建立高准确度和高稳定度的原子频标和时间系统成为了高精度导航定位的关键之处。原子钟作为目前世界上最准确的计时工具,同时也是卫星导航系统有效载荷的核心部分,它的稳定性性能直接决定了导航定位和时频传递的精度的提高[8];本文首先对GPS钟差序列进行了长期的特性分析,给出卫星钟的相位、频率、频漂以及稳定度的计算模型。除此之外,由于钟差预报是实现时间同步的重要基础,所以在研究中及实际中,很有必要建立高精度的卫星钟差预报模型,这从另一方面决定了卫星导航定位的准确度及精确度。由此,本文根据原子钟时频特性的相关理论和研究成果,详细探究了星载原子钟时频特性,以及在卫星钟差预报模型中发现的若干值得探索的问题[23]。本文主要研究内容和成果包括:(1)首先对于GPS在轨卫星各类原子钟,有BLOCK IIR-M和BLOCK IIR,BLOCK IIA、BLOCK IIF,采用常用的二次多项式模型拟合得到卫星钟差模型,从而根据相关公式得到了GPS在轨卫星钟的相位、频率、频漂以及残差序列,下一步依次计算了Cs钟和Rb钟的稳定度指标,本文采用的是重叠哈达玛方差,进一步揭示了GPS在轨卫星钟的相位、频率、频漂及残差指标的变化规律;发现GPS BLOCK IIF型卫星钟稳定度最高,其次是GPS BLOCK IIR-M和BLOCK IIR型Rb钟[27],然后是GPS BLOCK IIA型Cs钟。稳定度最差的是GPS BLOCK IIA型Rb钟。(2)在预报6小时的短期预报中,首先使用较少的已知数据,本文采用了24个历元建模,在预报精度方面,二次多项式模型预报效果比线性模型的预报精度和灰色系统模型的预报精度都要差一些;之后使用144个历元作为已知数据建模,不难发现这三种预报模型的预报精度差别不大,任选其中一种方法均可[24]。从另一个角度,通过对比预报24小时的预报精度,可知预报误差随着预报时间的加长而增大。综上所述,灰色系统模型作为预报模型,它的很重要的一个优点就是使用较少的已知数据,而可以得到较高的预报精度。随着预报时间的增长或者预报历元数的增加,灰色模型预报精度明显比二次多项式方法的预报精度好得多,说明二次多项式模型有一个明显的缺点就是它的的误差积累特性[13]。这些初步的、经验型的结论对实时精密单点定位卫星钟差预报具有一定的参考价值和借鉴意义[14]。