GPS卫星钟差实时快速解算方法

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厘米级实时精密轨道、卫星钟差估计是实现厘米级实时精密定位服务的先决条件。目前为止,IGS对外发布的实时轨道精度优于5cm,而实时卫星钟差精度只约为3ns,无法满足厘米级实时精密单点定位精度需求,因此,实时估计高精度、高采样率的卫星钟差成为国内外研究热点。非差模型计算卫星钟差需要估计大量模糊度参数,计算过程耗时严重,因此为了提升计算效率,通常采用载波历元间差分观测值估计得到历元间高采样率相对卫星钟差,然后引入外部低采样率绝对钟差,重新建立虚拟观测方程,估计得到高采样率绝对钟差。明显的,历元差分模型需要引入非差模型估计得到低采样率高精度的绝对卫星钟差作为基准,因此研究如何基于非差模型高效估计卫星钟差十分必要。本文探索研究了基于非差模型高效估计实时卫星钟差的模型、方法,包括实时卫星钟差数据预处理、参数估计方法以及钟差结果评估等,为后续相关研究奠定基础,主要工作成果包括:(1)本文将误差按照类型进行分类,详细介绍了实时卫星钟差估计中需要进行的误差改正项以及相应的改正模型,同时在验后粗差探测方法上,提出采用的IGG-Ⅲ等价权函数方式能有效抑制粗差对估计的影响。(2)为了避免Kalman滤波在计算增益矩阵时需要对高维矩阵求逆从而影响计算效率以及数值稳定性的问题,本文提出采用单观测值Kalman滤波方法,通过不相关观测值逐个循环迭代的方法提升计算效率。为了进一步提升计算效率,同时考虑到协方差对角特性,本文提出了采用OpenMP并行技术快速协方差更新算法,显著提高了处理效率。(3)本文提出实时数据流的可用率以及最大缺失率两个指标从不同时间尺度上分析了不同分析中心实时轨道以及钟差的可用性,同时比较了不同分析中心的实时轨道、卫星钟差与IGS事后卫星轨道以及钟差差异,试验表明实时轨道的精度优于5cm,而卫星钟差STD优于0.3ns。(4)本文实现了非差模型的实时卫星钟差估计算法,并且将计算的实时卫星钟差结果与IGS事后和CNES实时钟差通过二次差比较,两者STD差异优于0.2ns。(5)本文选取10个IGS跟踪站,运用不同分析中心提供的卫星钟差以及本文估计的实时卫星钟差,进行了模拟静态实时PPP以及动态实时PPP试验,结果表明本文估计的实时卫星钟差的精度与其他分析中心提供的实时卫星钟差精度相当,静态水平精度优于1cm,高程精度优于3cm,动态水平精度优于4cm,而高程精度优于10cm。
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