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在分布式伪卫星组网定位系统中,伪卫星上各独立时钟,因其工作起始相位不同以及周围的环境变化而产生微小的频偏和频移,使组网内各伪卫星时钟难以同步或精度不高,导致定位精度降低。本课题针对分布式伪卫星系统各个独立时钟不同步或同步精度不高的的问题展开研究,通过设计合理的时钟分配方案,采用载波相位观测方程,建立钟差模型,解算和优化组网内各个伪卫星间的钟差,采用各种补偿方法,从而可以实现系统分布式时钟的高精度同步。
在研究各种钟差算法的基础上,提出一种基于站间单差的伪卫星系统钟差算法,该算法能够快速的解算出分布式伪卫星组网定位系统内各个相互独立伪卫星间的钟差;在研究了各种优化算法的基础上,提出一种混合优化(HOA,hybrid optimizing algorithm)滤波算法,该算法能够将解算出的钟差精度提高一个数量级,有效提高了时钟同步的精度;同时,针对监测应用的特点,监测接收机位置变化缓慢和微小的特征,利用上述的两种算法,可以大大简化了对伪卫星系统时钟分布的要求,降低了对伪卫星系统时钟分配的难度。
为了完成课题目标,本文主要完成了以下研究工作:
(1)算法研究与验证平台的构建。完成伪卫星系统结构与参数的设计,确定分布式时钟分配及同步方案,构建伪卫星实验与测试系统。针对算法研究的特点和需要,以现有的伪卫星接收机为基础,Matlab为算法研究工具,建立算法实验验证平台。
(2)基于站间单差的伪卫星系统钟差算法的研究。针对高精度定位中的纯伪卫星系统的时钟同步问题,利用双天线基准接收机以及载波相位观测方程,通过最小二乘估计调整搜索(LAMBDA)方法固定载波相位整周模糊度,提出了基于站间单差方式的伪卫星系统钟差的解算方法,通过钟差播发或集中处理,可以实现系统时钟高精度同步。
(3)钟差混合优化滤波算法的研究。利用基于单差方式的伪卫星系统钟差的解算,完成对系统内的钟差解算。在此基础上,提出一种混合优化滤波算法(HOA),实现对钟差的进一步优化滤波。通过仿真验证和定位解算,验证了该方法在分布式组网定位系统中可行性和正确性。
(4)算法的实验测试与验证。在伪卫星实验验证平台上,按照测试方案,通过伪卫星接收机提取载波相位实验数据,采用MATLAB软件,利用所研究的钟差及定位算法,解算伪卫星钟差,验证算法的准确性和实际效果。
仿真与实验验证结果表明,基于单差方式的伪卫星系统钟差算法和混合优化滤波算法结合可以有效解决伪卫星系统分布式时钟同步问题,钟差精度高,技术可行,方法简洁,具有一定的工程技术参考价值。
在研究各种钟差算法的基础上,提出一种基于站间单差的伪卫星系统钟差算法,该算法能够快速的解算出分布式伪卫星组网定位系统内各个相互独立伪卫星间的钟差;在研究了各种优化算法的基础上,提出一种混合优化(HOA,hybrid optimizing algorithm)滤波算法,该算法能够将解算出的钟差精度提高一个数量级,有效提高了时钟同步的精度;同时,针对监测应用的特点,监测接收机位置变化缓慢和微小的特征,利用上述的两种算法,可以大大简化了对伪卫星系统时钟分布的要求,降低了对伪卫星系统时钟分配的难度。
为了完成课题目标,本文主要完成了以下研究工作:
(1)算法研究与验证平台的构建。完成伪卫星系统结构与参数的设计,确定分布式时钟分配及同步方案,构建伪卫星实验与测试系统。针对算法研究的特点和需要,以现有的伪卫星接收机为基础,Matlab为算法研究工具,建立算法实验验证平台。
(2)基于站间单差的伪卫星系统钟差算法的研究。针对高精度定位中的纯伪卫星系统的时钟同步问题,利用双天线基准接收机以及载波相位观测方程,通过最小二乘估计调整搜索(LAMBDA)方法固定载波相位整周模糊度,提出了基于站间单差方式的伪卫星系统钟差的解算方法,通过钟差播发或集中处理,可以实现系统时钟高精度同步。
(3)钟差混合优化滤波算法的研究。利用基于单差方式的伪卫星系统钟差的解算,完成对系统内的钟差解算。在此基础上,提出一种混合优化滤波算法(HOA),实现对钟差的进一步优化滤波。通过仿真验证和定位解算,验证了该方法在分布式组网定位系统中可行性和正确性。
(4)算法的实验测试与验证。在伪卫星实验验证平台上,按照测试方案,通过伪卫星接收机提取载波相位实验数据,采用MATLAB软件,利用所研究的钟差及定位算法,解算伪卫星钟差,验证算法的准确性和实际效果。
仿真与实验验证结果表明,基于单差方式的伪卫星系统钟差算法和混合优化滤波算法结合可以有效解决伪卫星系统分布式时钟同步问题,钟差精度高,技术可行,方法简洁,具有一定的工程技术参考价值。