基于Kalman滤波器的卫星钟实时异常监测算法.pdf

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1、2011年10月第31卷第5期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementOct．，2011V01．31．No．5文章编号：1000—7202(2011)05—0006—06中图分类号：P228．41，TM935．1文献标识码：A基于Kalman滤波器的卫星钟实时异常监测算法黄新明龚航朱祥维欧钢(国防科技大学电子科学与工程学院卫星导航研发中心，长沙410073)摘要基于卫星钟钟差的Kalman滤波器模型，提出了一种卫星钟实时异常监测算法，对算法原理进行了

2、讨论，并利用IGS精密钟差数据，对算法进行了性能验证。结果表明：该算法对卫星钟的异常情况(包括单点相位跳变与连续相位跳变)可以进行有效监测，同时还可以完成异常数据的剔除与替换，并且具有较小的替换误差。该算法具有显著的实时性，可以应用于星载原子钟的实时异常监测中。关键词卫星钟Kalman滤波器实时异常监测钟差模型完好性监测AReal—-TimeAnomalyMonitoringAlgorithmforSatelliteClockBasedonKalmanFilterHUANGXin·-ruingGONGHan

3、gZHUXiang··weiOUGang(SatelliteNavigationR&DCenter，SchoolofElectronicScienceandEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073)AbstractInthispaper，areal—timesatelliteclockanomalymonitoringalgorithmisproposed，whichisbasedonKalmanfiltermodelo

4、fsatelliteclockoffset．Principlesofthenewalgorithmaledis-cussedandtheperformanceisverifiedusingtheIGSobservationclockoffsetdata．Theresultsshowthatthenewalgorithmhaveaperfectperformanceofdetectingthesatelliteclockanomalyinbothsinglepointphasejumpandcontinuou

5、sphasejump．Atthesametime，itcanalsoeliminateandreplacetheanomalydata，andthereplacederrorisnegligible．Inaddition，thenewalgorithmpossessesanobviouspropertyofreal-timedetecting，whichcanbeappliedtoreal—timeanomalymonitoringofsatelliteclock．KeywordsSatellitecloc

6、kKalmanfilterReal-timeanomalymonitoringClockoffsetmodelIntegritymonitoring1引言卫星钟广泛应用于卫星导航系统以及综合原子时系统等需要建立高精度时间基准的系统中，基于系统的完好性，这些系统均需要对原子钟进行异常监测。对卫星钟进行异常检测或监测的方法很多，其中文献[1]总结了多种用于卫星钟监测的算法，包括基于滑动窗的最小二乘拟合算法、动态Allan方差法以及平均滑动滤波算法。这些算法均能针对不同的卫星钟异常情况实施监测，但它们的实时性对一

7、些特殊的应用场合还很难满足要求，如对提供实时定位服务的GNSS系统，需要对各颗卫星上的星载原子钟实行实时异常监测。本文在对星载原子钟钟差进行Kalman滤波器建模的基础上，提出了一种可实时监测的卫星钟异常监测算法。通过对IGS精密钟差数据加入异常数据来模拟异常情况，对这种算法进行了验证与分析。第5期基于Kalman滤波器的卫星钟实时异常监测算法·．7·2基于Kalman滤波器的卫星钟实时异常监测算法卫星钟的异常监测需要对卫星钟钟差进行较为准确的建模。卫星钟差模型有很多种，常用的有二阶多项式模型、灰色模型、K

8、alman滤波器模型等。其中，二阶多项式模型和灰色模型均未对钟差的随机误差进行必要的考虑，而Kalman滤波器模型对钟差中的系统偏差和随机误差都进行了考虑，可以得到更准确的钟差模型。另外，Kalman滤波器具有实时性，可以实现卫星钟的实时监测一J。下面将给出卫星钟钟差的Kalman滤波器模型，然后在其基础上构建本文提出的卫星钟实时异常监测算法。2．1卫星钟钟差的Kalman滤波器模型对于卫星钟钟差的Kalman滤