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高准确度和高稳定度的原子频标和时间系统是确保高精度导航定位的关键。原子钟是卫星导航系统有效载荷的核心部分,其性能直接决定着导航定位和时频传递的精度;同时,建立高精度的卫星钟差预报模型对于卫星导航定位也具有非常重要的作用。因此,本文以原子钟时频理论为依托,针对星载原子钟特性和卫星钟差预报模型研究中存在的若干问题,通过对精密钟差产品的处理和分析,对北斗导航系统(BDS)和GPS系统星载原子钟的主要性能指标和钟差预报模型进行研究,并对比了不同卫星钟的性能水平以及不同模型的预报效果,以期为BDS系统的建设和应用提供一些有益的借鉴和参考。本文主要研究内容和成果包括:(1)利用精密钟差产品对GPS和北斗各卫星钟进行钟性能分析,包括频率准确度、日漂移率、稳定度以及噪声类型计算。按卫星钟类型进行分类分析,同一类卫星钟的性能指标相似。北斗卫星钟性能分析结果表明,频率准确度的绝对值平均值为3.25×10-11,其日漂移率的绝对值平均值为1.37×10-13,其千秒稳均值为1.82×10-13,万秒稳均值为1.09×10-13量级,天稳定度的平均值处于1.11×10-13量级。北斗星载原子钟的频率准确度比GPS星载原子钟均低一个数量级。北斗的MEO铷钟的日频漂率与GPS大部分铷钟相当,均处于14-10量级,低于北斗的GEO和IGSO铷钟。在天稳指标上,北斗的MEO铷钟处于14-10量级,与GPS大部分卫星钟的量级相当;北斗的GEO和IGSO铷钟均处于13-10量级。(2)采用常用预报模型和非线性模型进行钟差的短期(1d)预报和中长期(7d和30d)预报,从卫星钟、建模数据、预报时长等多方面对各单一模型的特点和预报效果进行总结。其中,GRNN(广义回归神经网络)模型和RBF(径向基神经网络模型)模型会因为数据变化异常导致其预报结果十分不稳定。在多项式模型、谱分析模型、灰色模型和时间序列模型中,G27号卫星最适用的是多项式模型,其一天建模预报7天的精度为5.96ns,一天建模预报30天的精度为116.26ns。(3)采用经典权和修正经典权方法对多项式模型、灰色模型、时间序列模型及广义回归神经网络模型进行组合预报,综合对比组合模型和单一模型的预报效果。结果表明,利用线性组合模型进行预报,在保证钟差预报精度的前提下,提高了卫星钟差预报的可靠性,而且该方法简单易用。(4)对卫星钟主要性能指标与短期预报精度进行相关分析,结果表明卫星钟的天稳定度与短期(1天)预报精度高度相关,频率准确度与短期预报精度低度相关,而日漂移率与短期预报精度微相关。