基于卡尔曼滤波器的GPS近实时定位时钟估计.docx

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1、基于卡尔曼滤波器的GPS近实时定位时钟估计摘要本文提出了一种全球定位系统时钟偏移估计的算法。该算法基于卡尔曼滤波及非差进程代码和一个全球性的跟踪载波相位测量网络。时钟偏移和漂移的卫星时钟预计随着时钟偏移跟踪站，对流层天顶路径延迟和载波相位的变化而变化。本文提供了一个对现有近实时和实时时钟产品的简要的概述。并提出该过滤器算法和数据处理方案。最后，轨道和时钟产品的精确度是根据METOP卫星的精密定轨而来的，并与其他实时产品的结果相比较。关键词：时钟估计精密定轨实时卡尔曼滤波器简介近实时精密单点定位越来越多的应用扩大了对高精度全球定位系统和短延时时钟产品的需要。其中一个应用方面，就是

2、遥感卫星的精密定轨，它的执行紧接着地面接收站的数据传送。数据下载到地面站后，全球定位系统接收器的观测可立即投入使用。为了处理这些数据，用户需要完整的全球定位系统星座的精确轨道和时钟数据。铷和铯的原子的GPS卫星时钟标准是受噪声和频率的变化，它可以来自一个各种各样的影响，很难预测。对时钟偏移和漂移的预计，例如由鈊象电子提供的超快速轨道预测的一部分或广播星历所提出的，将很快从其真值偏离出数分米甚至几米。因此，这些轨道/时钟产品便无法购买力平价的应用中使用，因为在这个应用中，载波相位的定位精确到厘米级。对这个问题的解决办法是时钟偏移，它的估计来源于GPS测量传感器站的网络。目前，只有

3、少数的提供精确的（近）实时轨道/时钟产品可用。其中有三个是IGS的分析中心：喷气推进实验室（(Bar-Sever等。2003年），加拿大自然资源部和欧空局（Perez等人。2006年）。喷气推进实验室的结果转交给用户拥有约5秒的延迟，并且可以通过多种方式获取这些数据，例如，通过互联网数据和卫星广播（即通过网络和电视）。实时轨道和时钟产品在欧空局目前正在开发，而且是不对外公开的。然而，在我们文中所提到的近实时轨道和时钟产品已经投入使用，它是用于支持MetOp-Mission所专用的。一个批处理算法被用于生成这些产品，这些用于卫星轨道的数据处理需要两天时间。相应的时钟从较短的23分

4、钟的数据计算，包括一弧8分钟重叠到以前的批处理（Zandbergen等，2006年）。实时轨道和加拿大自然资源部时钟基于一个全球实时站网络的数据。但是这些成果不对外公开。这篇文章中，伯尔尼大学（AIUB天文研究所）也计算了近实时时钟和轨道产品在测试期间的数据。AIBU通过分批预处理一百分钟的计算来生成轨道和时钟数据（Bock等人，2008年）。德国航天中心的德国空间发展中心正在研发一个时钟估计的实时系统。研发的轨道/时钟产品将用于支持低地球轨道卫星定轨低地球轨道卫星）用于即将到来的太空飞行任务，其中需要近实时定轨精度精确到8-10厘米。该软件是基于卡尔曼滤波器，它所处理的无差代

5、码和载波相位观测都是从GPS全球网络所获得的。该滤波器所使用的轨道信息来自于最新的IGS超快速产品的预测部分，它还能预测完整的全球定位系统星座的时钟偏移和漂移。在这篇文章中，对完整的滤波算法进行了介绍，其中也包括对原始数据的预处理。使用该滤波算法的轨道和时钟产品用于精密定轨，其中结合了全球定位系统的数据处理，它是基于全球卫星导航系统接收机的数据。IGS的超快速，喷气推进实验室，欧洲航天局和AIUB也都对同样的分析进行了计算和估计，并且对他们的结果和产品进行比较和讨论。滤波算法该时钟估计算法是基于卡尔曼滤波器，它可以被用来作为一个传统的卡尔曼滤波器，也可以作为一个具有平滑器的超前

6、/滞后滤波器。这个滤波器处理无电离层的代码和载波相位数据的线性数据组合时的频率是L1和L2。该滤波器状态包括星座中所有32颗卫星的卫星时钟误差和时钟漂移。状态向量包括接收机的时钟偏移，对流层天顶延迟和载波相位的误差。他妈包括所有的卫星，并且通过每个站都可见。该站的位置从最近IGS的辛克斯-文件（IGS2008年）种提取，然后输入到滤波器中。现有的全球定位系统星座共有32颗卫星，可供滤波器用的典型跟踪网络有20个。假设每个站平均跟踪10颗卫星，这样总共会产生大约300个的状态向量元素。有些状态向量元素需要进一步说明：跟踪站接收机的时钟偏移的估计量并不代表实际的接收器时钟偏移量，由

7、于在滤波器使用这些数据前，观测数据已经进行了预处理。伪范围的观测和先验轨道是结合在一块儿使用的，用已知站的位置来大体估计接收器的时钟误差。已估计的时钟偏移对所有的观察和测量进行修正。这种预处理可以减少大的时钟跳跃，是非常有益的，原因有二：第一，时钟接收机的该进程的噪音可以减少几个数量级，作为地面站时钟跳跃不须补偿。人们已经发现，这一程序在更新测量中改进了滤波器的稳定性。第二，预处理中的消除缓解了后面步骤的执行，因为没有进一步的措施对地面站时钟的处理是必要的。此外，也避免了个别过程中对每个地面