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卫星授时方法与星地同步数据处理技术研究

作　者: 叶增
导　师: 徐定杰
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 检测技术及自动化装置
关键词: 授时数据处理平均移动卡尔曼滤波小波变换
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

高精度的时间同步在国民经济建设,国防建设及空间探测等方面都有重要的意义。在全球导航定位系统中,GPS具有高稳定性和高准确度的原子频标,可以在全球范围内进行全天候的授时定位导航,然而,由于信号是以光速进行传播,1纳秒的误差便可以导致30厘米的偏差,可见,高精度时间同步是实现精确定位的前提。本论文就是基于如何提高授时同步精度而展开的研究。本文首先介绍了GPS系统的时间标准,在此基础上给出了GPS系统的定位原理和授时的原理。研究了授时过程中的主要误差来源,其中,包括星历误差,卫星钟误差,相对论效应,电离层误差,对流层误差,多路径误差,天线相位中心误差等,并给出了对应的处理方法以及一些修正模型。介绍了目前比较常用的三种授时方法:单向授时同步法,双向授时同步法和激光授时同步法。分析了三种方法的优点与不足,最后选择以单向授时同步法为研究基础,给出了一套具体的授时方案,并以某基站的时差数据基础,进行matlab仿真,根据仿真结果对授时精度进行了分析。时差数据的处理是本论文的另一个重点,本论文分别选用了平均移动法,卡尔曼滤波法和小波变换法对某基站的同步时差数据进行了分析处理。通过从降噪原理以及具体的仿真结果对比了这三种方法的优缺点,认为平均移动法虽然模型简单,实时性好,但是降噪精度不够,而卡尔曼滤波法需要事先知道系统模型,在使用上具有局限性,因此,最后选用了小波变换的方法对同步数据进行了平滑降噪的处理,选取sym6为小波基函数,分解尺度是5层,采用软阈值降噪的方法。最后,以处理后的曲线为依据求出本地铯原子钟的频率偏移量对原子钟进行补偿,仿真证明,补偿后的钟差数据能达到较高的同步精度。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 时间与时间同步  10-12
  1.2 课题的背景及意义  12-13
  1.3 技术现状  13-15
    1.3.1 授时技术  13-15
    1.3.2 同步数据处理技术  15
  1.4 论文主要工作及安排  15-17
第2章 GPS 系统卫星授时原理  17-24
  2.1 UTC 和GPS 时  17-18
  2.2 卫星定位原理  18-22
    2.2.1 GPS 卫星信号  18-19
    2.2.2 GPS 卫星定位原理  19-22
  2.3 卫星授时原理  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章卫星授时主要误差与修正方法  24-39
  3.1 卫星星历误差  24-26
    3.1.1 卫星星历误差分析  24-26
    3.1.2 卫星星历误差处理  26
  3.2 卫星钟误差  26-28
    3.2.1 卫星钟误差分析  26-27
    3.2.2 卫星钟误差处理  27-28
  3.3 相对论效应及其修正  28-30
  3.4 电离层延迟误差及其处理  30-32
  3.5 对流层延迟及其修正方法  32-34
  3.6 多路径误差及其修正  34-37
  3.7 天线相位中心误差及其修正  37-38
  3.8 本章小结  38-39
第4章卫星授时方法与具体授时方案  39-48
  4.1 卫星授时方法  39-44
    4.1.1 单向授时法  39-40
    4.1.2 双向授时同步法  40-42
    4.1.3 激光授时同步法  42-43
    4.1.4 各授时方法的对比分析  43-44
  4.2 星地授时同步具体方案设计  44-46
  4.3 单向同步法数据仿真  46
  4.4 本章小结  46-48
第5章同步数据处理方法研究  48-72
  5.1 星地时钟同步原理  48-49
  5.2 移动平均法  49-52
    5.2.1 移动平均法的数学模型  49-50
    5.2.2 结果仿真与分析  50-52
  5.3 卡尔曼滤波法  52-59
    5.3.1 卡尔曼滤波原理  52-54
    5.3.2 卡尔曼滤波器设计  54-56
    5.3.3 实验数据处理及分析  56-59
  5.4 小波变换法  59-69
    5.4.1 小波变换基本原理  59-60
    5.4.2 小波降噪原理  60-62
    5.4.3 小波基的选取  62-65
    5.4.4 实验数据处理与分析  65-69
  5.5 各数据处理方法的分析对比  69
  5.6 处理结果仿真与误差分析  69-71
  5.7 本章小结  71-72
结论  72-74
参考文献  74-77
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  77-78
致谢  78

卫星授时方法与星地同步数据处理技术研究

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