CN110471090B - 一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统 - Google Patents

一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，其特征在于：包括进行船载卫导设备数据预处理的格式转换应用程序，与格式转换应用程序相连接并实施导航定位计算的数据处理应用程序，与格式转换应用程序、数据处理应用程序相连接并输出中间结果的格式化记盘应用程序。本发明通过将船载卫导设备随时可提供的测量元素、自定位结果信息按照量纲转换至航天器导航数据格式，再与设备提供的导航电文联合解算，针对参与定位的每颗星都可计算出单星定位系统误差，通过计算系统误差的平均值和标准差是否超出阈值来判断船载卫导设备各数据是否自洽，从而快速排查确定导航电文数据的正确性。

Description

一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验 系统
技术领域
本发明涉及涉及航天测量船导航数据处理领域，特别是指一种基于自解算的导航电文数据正确性检验系统，该系统依赖船载卫导设备提供的数据，能够随时随地对其输出数据的正确性进行评估。
背景技术
航天测量船测控系统处理航天器导航数据时需要卫星导航电文的输入，这部分数据由船载卫导设备提供。测控系统中对卫星导航电文的数据接口要求与国际通用接口并不相同，需要设备厂所对其进行转换以满足测控系统的需求。
由于导航电文数据自身具有参数类型多、时间相关性强、精确性要求高等特点，设备厂所转换的数据接口的正确性检验难度很大。以往的检验方法都是结合航天器导航数据处理时进行，这种方式不能提前发现问题，检验效率很低，发现问题后回归测试也难以立即进行，不能满足船载卫导设备升级、改造、换型等场景下频繁需要对数据正确性进行检验评估的需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供了一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，能够克服现有技术中依赖航天器数据、灵活性不足的问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，包括进行船载卫导设备数据预处理的格式转换应用程序，与格式转换应用程序相连接并实施导航定位计算的数据处理应用程序，与格式转换应用程序、数据处理应用程序相连接并输出中间结果的格式化记盘应用程序。
优选地，所述格式转换应用程序用于完成船载卫导设备自身的导航电文、测量元素、自定位结果数据的格式转换、传输与分发，由数据网收模块、数据过滤引擎、参数解析模块、格式转换模块、数据网发模块和参数配置库六个模块构成，其中：
数据网收模块用于从传输网络接收船载卫导设备发出的各类数据帧，接收数据处理应用程序发出的中间结果输出命令；
数据过滤引擎用于从参数解析模块获取过滤条件，将满足约束条件的导航电文、测量元素、自定位结果数据推送给格式转换模块；
参数解析模块用于从参数配置库读取自定义数据结构和转换参数映射关系，将其分别推送至数据过滤引擎和格式转换模块；
格式转换模块用于从参数解析模块获取转换条件，将船载卫导设备发送的测量元素、自定位结果数据转换为仿真航天器导航数据格式；
数据网发模块用于将船载卫导设备发送的导航电文数据和格式转换模块生成的仿真航天器导航数据发送至测控网络，在收到数据处理应用程序发出的中间结果输出命令后将中间结果信息通过测控网络发送给格式化记盘应用程序；
参数配置库用于存储自定义数据结构、转换参数映射关系、网络收发参数。
优选地，数据处理应用程序用于完成船载卫导设备提供的导航电文数据和格式转换应用程序提供的仿真航天器导航数据的联合解算，由数据网收模块、星历解算模块、历书解算模块、定位误差分析模块、数据网发模块、参数配置库六个模块构成。其中：
数据网收模块用于从传输网络接收格式转换应用程序发出的导航电文和仿真航天器导航数据；
星历解算模块用于解算导航电文中的星历，提取卫星轨道及星上钟差等参数；
历书解算模块用于解算导航电文中的历书，提取电离层、对流层等修正系数；
定位误差分析模块用于星历解算模块提供的卫星轨道及星上钟差等参数、历书解算模块提供的电离层、对流层等修正系数、数据网收模块提供的仿真航天器导航数据中的位置、伪距等参数代入单星伪距定位方程，计算每颗星对应的系统误差，并根据参数配置库提供的一致性判断阈值给出数据是否正确的判断；
数据网发模块用于一致性判断不正确时发送误差计算各环节的中间结果和给格式转换应用程序的输出命令；
参数配置库用于存储一致性判断阈值、网络收发参数。
优选地，所述格式转换应用程序提供一种支持自定义数据结构的转换方法，即分级递进式结构描述及转换参数映射方法，实现将船载卫导设备提供的测量元素、自定位结果数据格式转换为航天器下传的导航数据格式。
优选地，所述分级递进式结构描述方法将数据结构划分为多个字段，以测控数据基本类型或自定义类型作为结构字段关键字，自定义类型亦以测控数据基本类型或自定义类型作为结构字段关键字，依此类推，直至结构内全是具体的测控数据基本类型。
优选地，所述转换参数映射方法是指格式转换应用程序部件根据分级递进式结构描述方法描述的数据结构和参数配置库提供的映射关系，将船载卫导设备提供的测量元素和自定位结果数据中的参数一一映射到仿真航天器导航数据中。
优选地，所述定位误差分析模块中，提供一种基于自解算的卫星定位误差一致性判断算法，将星历解算模块提供的卫星轨道及星上钟差等参数、历书解算模块提供的电离层、对流层等修正系数、数据网收模块提供的仿真航天器导航数据中的位置、伪距等参数代入定位误差一致性判断算法，给出判断结果。
优选地，所述基于自解算的卫星定位误差一致性判断算法是指通过将船载卫导设备随时可提供的测量元素、自定位结果信息按照量纲转换至航天器导航数据格式，再与设备提供的导航电文联合解算，针对参与定位的每颗星都可计算出单星定位系统误差，通过计算系统误差的平均值和标准差是否超出阈值来判断船载卫导设备各数据是否自洽，从而快速排查确定导航电文数据的正确性。
优选地，若各卫星定位系统误差不满足预设阈值，通过格式化记盘应用程序部件将格式转换应用程序部件接收到的原始数据、转换后的仿真航天器数据、数据处理应用程序部件各模块解算的中间结果均通过文本形式输出。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供分级递进式结构描述方法，能实现数据结构自定义，满足船载卫导设备升级、改造、换型等场景下数据结构需灵活定制的需求。
(2)本发明提供转换参数映射方法，实现航天器导航数据结构的灵活仿真，在船载卫导设备数据结构中参数或量纲变化时仅需修改配置参数库，提高了回归测试的效率。
(3)本发明提供一种基于自解算的定位误差一致性判断算法，利用卫星定位系统误差计算原理，实现船载卫导设备各数据自洽性的随时判断，从而快速确定设备发出导航电文数据的正确性。
附图说明
图1为本系统的系统组成框图；
图2为本系统组成层次分解图；
图3为本系统数据收发流程图；
图4为分级递进式结构描述方法及转换参数映射方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示，本申请实施例提供一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，由格式转换应用程序1、数据处理应用程序2、格式化记盘应用程序3三个模块组成。其中：
格式转换应用程序1为接口层测控数据处理程序，用于实现船载卫导设备外发的导航电文、测量元素、自定位数据的处理与转换功能，部署于测控单元服务器、工作站或工控机中运行。
数据处理应用程序2可部署于同一设备或与之网络联通的测控单元服务器、工作站或工控机，实现定位误差的计算和判断等功能。
格式化记盘应用程序3部署于同一设备或与之网络联通的测控单元服务器、工作站或工控机，完成中间数据的文本输出功能。
上述三个部件按照格式转换、定位误差计算、中间结果输出三个步骤协同工作。其中：
格式转换步骤是指格式转换应用程序1根据自定义格式和参数映射配置完成船载卫导设备自身的导航电文、测量元素、自定位结果数据的传输、转换，提交数据处理应用程序2。
定位误差计算步骤是指数据处理应用程序部件2按照单星伪距定位方程解算每颗卫星的系统误差，判断所有卫星计算结果的一致性，然后向格式化记盘应用程序3发送。
中间结果输出步骤是指格式化记盘应用程序3收到一致性判断失败的消息时，向格式转换应用程序1和数据处理应用程序2提交获取中间结果的服务请求，将格式转换应用程序1接收到的原始数据、转换后的仿真航天器数据、数据处理应用程序2各模块解算的中间结果均通过文本形式输出。
如图2所示，格式转换应用程序1用于完成船载卫导设备自身的导航电文、测量元素、自定位结果数据的格式转换、传输与分发，由数据网收模块11、数据过滤引擎12、参数解析模块13、格式转换模块14、数据网发模块15、参数配置库16六个模块构成。其中：
数据网收模块11用于从传输网络接收船载卫导设备发出的各类数据帧，接收数据处理应用程序2发出的中间结果输出命令；
数据过滤引擎12用于从参数解析模块13获取过滤条件，将满足约束条件的导航电文、测量元素、自定位结果数据推送给格式转换模块14；
参数解析模块13用于从参数配置库16读取自定义数据结构和转换参数映射关系，将其分别推送至数据过滤引擎12和格式转换模块14；
格式转换模块14用于从参数解析模块13获取转换条件，将船载卫导设备发送的测量元素、自定位结果数据转换为仿真航天器导航数据格式；
数据网发模块15用于将船载卫导设备发送的导航电文数据和格式转换模块14生成的仿真航天器导航数据发送至测控网络，在收到数据处理应用程序2发出的中间结果输出命令后将中间结果信息通过测控网络发送给格式化记盘应用程序3；
参数配置库16用于存储自定义数据结构、转换参数映射关系、网络收发参数等。
数据处理应用程序2用于完成船载卫导设备提供的导航电文数据和格式转换应用程序1提供的仿真航天器导航数据的联合解算，由数据网收模块21、星历解算模块22、历书解算模块23、定位误差分析模块24、数据网发模块25、参数配置库26六个模块构成。其中：
数据网收模块21用于从传输网络接收格式转换应用程序1发出的导航电文和仿真航天器导航数据；
星历解算模块22用于解算导航电文中的星历，提取卫星轨道及星上钟差等参数；
历书解算模块23用于解算导航电文中的历书，提取电离层、对流层等修正系数；
定位误差分析模块24用于星历解算模块22提供的卫星轨道及星上钟差等参数、历书解算模块23提供的电离层、对流层等修正系数、数据网收模块21提供的仿真航天器导航数据中的位置、伪距等参数代入单星伪距定位方程，计算每颗星对应的系统误差，并根据参数配置库26提供的一致性判断阈值给出数据是否正确的判断；
数据网发模块25用于一致性判断不正确时发送误差计算各环节的中间结果和给格式转换应用程序1的输出命令；
参数配置库26用于存储一致性判断阈值、网络收发参数等。
图3所示为本系统完成船载卫导设备导航电文数据正确性检验基本流程。一方面，格式转换应用程序1向数据处理应用程序2提交船载卫导设备导航电文数据和仿真航天器导航数据，数据处理应用程序2按照基于自解算的卫星定位误差一致性判断算法进行计算，若一致性判定超出阈值，网络发送中间结果输出命令和相关信息；另一方面，格式转换应用程序1收到中间结果输出命令后也输出原始数据和中间结果信息。数据交换软件3接收中间结果信息并输出至文本文件。
格式转换模块14提供一种支持自定义数据结构的转换方法，即分级递进式结构描述及转换参数映射方法，包括：分级递进式结构描述方法、转换参数映射方法。如图4所示，分级递进式结构描述方法将数据结构划分为多个字段，以测控数据基本类型或自定义类型作为结构字段关键字，自定义类型亦以测控数据基本类型或自定义类型作为结构字段关键字，依此类推，直至结构内全是具体的测控数据基本类型。转换参数映射方法是指格式转换应用程序部件根据分级递进式结构描述方法描述的数据结构和参数配置库提供的映射关系，将船载卫导设备提供的测量元素和自定位结果数据中的参数一一映射到仿真航天器导航数据中。
实施例2
本申请实施例提供一种基于自解算的卫星定位误差一致性判断算法。利用卫星定位系统误差计算原理，实现船载卫导设备各数据自洽性的随时判断，从而快速确定设备发出导航电文数据的正确性。通过将船载卫导设备随时可提供的测量元素、自定位结果信息按照量纲转换至航天器导航数据格式,将星历解算模块提供的卫星轨道及星上钟差等参数、历书解算模块提供的电离层、对流层等修正系数、数据网收模块提供的仿真航天器导航数据中的位置、伪距等参数代入卫星定位误差一致性判断算法，给出判断结果。
卫星定位误差一致性判断算法描述如下：
Figure BDA0002117113930000061
上式为单星定位系统误差计算方程。式中：
δj——卫星j的定位系统误差，j为卫星编号；
(Xj，Yj，Zj)——信号发射时刻卫星j的坐标，由导航电文星历解算；
(Xk，Yk，Zk)——接收机位置坐标，可由仿真航天器导航数据解算；
Figure BDA0002117113930000062
——卫星j到接收机的伪距，可由仿真航天器导航数据解算；
bk——接收机钟差等效距离,可由仿真航天器导航数据解算；
δtj——卫星钟差，可由导航电文星历解算；
Figure BDA0002117113930000063
——其他偏差，包括电离层、对流层、地球旋转导致的伪距偏差，可由仿真航天器导航数据和导航电文历书参数解算。
针对参与定位的每颗星都可计算出单星定位系统误差，通过计算系统误差的平均值和标准差是否超出阈值来判断船载卫导设备各数据是否自洽，从而快速排查确定导航电文数据的正确性。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，其特征在于：包括进行船载卫导设备数据预处理的格式转换应用程序，与格式转换应用程序相连接并实施导航定位计算的数据处理应用程序，与格式转换应用程序、数据处理应用程序相连接并输出中间结果的格式化记盘应用程序；
数据处理应用程序用于完成船载卫导设备提供的导航电文数据和格式转换应用程序提供的仿真航天器导航数据的联合解算，由数据网收模块、星历解算模块、历书解算模块、定位误差分析模块、数据网发模块、参数配置库六个模块构成，其中：
数据网收模块用于从传输网络接收格式转换应用程序发出的导航电文和仿真航天器导航数据；
星历解算模块用于解算导航电文中的星历，提取卫星轨道及星上钟差等参数；
历书解算模块用于解算导航电文中的历书，提取电离层、对流层等修正系数；
定位误差分析模块用于星历解算模块提供的卫星轨道及星上钟差等参数、历书解算模块提供的电离层、对流层等修正系数、数据网收模块提供的仿真航天器导航数据中的位置、伪距等参数代入单星伪距定位方程，计算每颗星对应的系统误差，并根据参数配置库提供的一致性判断阈值给出数据是否正确的判断；
数据网发模块用于一致性判断不正确时发送误差计算各环节的中间结果和给格式转换应用程序的输出命令；
参数配置库用于存储一致性判断阈值、网络收发参数。
2.根据权利要求1所述的一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，其特征在于：所述格式转换应用程序用于完成船载卫导设备自身的导航电文、测量元素、自定位结果数据的格式转换、传输与分发，由数据网收模块、数据过滤引擎、参数解析模块、格式转换模块、数据网发模块和参数配置库六个模块构成，其中：
数据网收模块用于从传输网络接收船载卫导设备发出的各类数据帧，接收数据处理应用程序发出的中间结果输出命令；
数据过滤引擎用于从参数解析模块获取过滤条件，将满足约束条件的导航电文、测量元素、自定位结果数据推送给格式转换模块；
参数解析模块用于从参数配置库读取自定义数据结构和转换参数映射关系，将其分别推送至数据过滤引擎和格式转换模块；
格式转换模块用于从参数解析模块获取转换条件，将船载卫导设备发送的测量元素、自定位结果数据转换为仿真航天器导航数据格式；
数据网发模块用于将船载卫导设备发送的导航电文数据和格式转换模块生成的仿真航天器导航数据发送至测控网络，在收到数据处理应用程序发出的中间结果输出命令后将中间结果信息通过测控网络发送给格式化记盘应用程序；
参数配置库用于存储自定义数据结构、转换参数映射关系、网络收发参数。
3.根据权利要求2所述的一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，其特征在于：所述格式转换应用程序提供一种支持自定义数据结构的转换方法，即分级递进式结构描述及转换参数映射方法，实现将船载卫导设备提供的测量元素、自定位结果数据格式转换为航天器下传的导航数据格式。
4.根据权利要求3所述的一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，其特征在于：所述分级递进式结构描述方法将数据结构划分为多个字段，以测控数据基本类型或自定义类型作为结构字段关键字，自定义类型亦以测控数据基本类型或自定义类型作为结构字段关键字，依此类推，直至结构内全是具体的测控数据基本类型。
5.根据权利要求3所述的一种基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，其特征在于：所述转换参数映射方法是指格式转换应用程序部件根据分级递进式结构描述方法描述的数据结构和参数配置库提供的映射关系，将船载卫导设备提供的测量元素和自定位结果数据中的参数一一映射到仿真航天器导航数据中。
6.根据权利要求1所述的基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，其特征在于：所述定位误差分析模块中，提供一种基于自解算的卫星定位误差一致性判断算法，将星历解算模块提供的卫星轨道及星上钟差等参数、历书解算模块提供的电离层、对流层等修正系数、数据网收模块提供的仿真航天器导航数据中的位置、伪距等参数代入定位误差一致性判断算法，给出判断结果。
7.根据权利要求6所述的基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，其特征在于：所述基于自解算的卫星定位误差一致性判断算法是指通过将船载卫导设备随时可提供的测量元素、自定位结果信息按照量纲转换至航天器导航数据格式，再与设备提供的导航电文联合解算，针对参与定位的每颗星都可计算出单星定位系统误差，通过计算系统误差的平均值和标准差是否超出阈值来判断船载卫导设备各数据是否自洽，从而快速排查确定导航电文数据的正确性。
8.根据权利要求1或2所述的基于自解算的船载卫导设备导航电文数据正确性检验系统，其特征在于：若各卫星定位系统误差不满足预设阈值，通过格式化记盘应用程序部件将格式转换应用程序部件接收到的原始数据、转换后的仿真航天器数据、数据处理应用程序部件各模块解算的中间结果均通过文本形式输出。
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