CN111258999B - 一种基于slr的bds卫星轨道近实时检核服务系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于SLR的BDS卫星轨道近实时检核服务系统，其解决了现有BDS多源、异构卫星轨道产品检核策略繁琐和系统构建复杂的技术问题，其由三个子系统组成：Linux服务器端实现SLR日常检核流程；编制SLR残差数据集和汇总报告；实现SLR残差可视化分析；本发明可广泛应用于卫星轨道动力学应用领域。

Description

一种基于SLR的BDS卫星轨道近实时检核服务系统
技术领域
本发明涉及卫星轨道动力学应用领域，尤其是涉及一种基于SLR的BDS卫星轨道近实时检核服务系统。
背景技术
自2012年起，我国的北斗导航卫星系统(BDS)开始迅猛发展，尤其是近两年，且我国的BDS-3系统将实现满星座运营，届时将有超过50颗的BDS多源、异构卫星实时运行，包括BDS-2和BDS-3卫星，以及它们各自对应中地球轨道(MEO)、倾斜地球同步轨道(IGSO)和地球静止轨道(GEO)卫星，全球BDS多源、异构卫星将在我们未来的生活中变得越来越重要，尤其是在卫星定位导航的基础数据支持中，其中，卫星轨道产品的精度至关重要，所有的BDS卫星都搭载了卫星激光反射器阵列(LRAs)专用于卫星激光测距(SLR)，SLR技术可提供独立可靠的BDS轨道产品检核。
中国近年来BDS星座的紧密部署为SLR检核BDS多源、异构卫星轨道的系统开发提供了良好契机；BDS卫星数据处理的各项测试分析与运营维护工作，更是作为重点，在我国的多家北斗/GNSS分析中心如火如荼地展开；但是，不同于美国的GPS、俄罗斯的GLONASS以及欧盟的Galileo卫星星座，我国的BDS卫星星座是由GEO、IGSO以及MEO三类卫星构成，BDS多源、异构卫星的数据处理更为复杂，卫星信号和传输数据的频率、卫星轨道高度、卫星形状、尺寸、太阳能板表面特性以及不同类型BDS卫星的姿态控制模式等，都会增加BDS多源、异构卫星数据处理的复杂度；另外，对民用用户而言，在使用BDS轨道产品时，希望获得关于BDS多源、异构卫星可信、直观、实时的轨道产品质量信息，因此，开发一种自主的、全自动化的工具，处理多家北斗/GNSS分析中心所解算的BDS多源、异构卫星轨道的SLR检核系统势在必行。
在目前国际上，利用SLR对GNSS卫星轨道检核系统走在最前沿的是波兰的华沙大学环境与生命科学学院大地测量与地理信息研究所；2017年，该研究所的
Figure BDA0002370446170000021
Zajdel、Krzysztof So′snical以及GrzegorzBury为ILRS提供了一套基于SLR检核多GNSS卫星轨道产品的在线服务系统，且在国际MGEX框架下的CODE分析中心解算的GNSS轨道产品在他们的处理方案软件中被验证，但截止到目前，该服务系统无提供BDS-3卫星星座的轨道产品的检核服务，包括iGMAS框架下的多家北斗/GNSS分析中心；此外，国内尚无公开提供出一套对多家北斗/GNSS分析中心的BDS多源、异构卫星轨道进行SLR检核的系统。
总体来说，利用SLR检核多家北斗/GNSS分析中心的北斗多源、异构卫星轨道的理论与方法已比较成熟，然而实现SLR检核BDS多源、异构卫星轨道的方法仍较为薄弱；针对BDS多源、异构卫星轨道的复杂特性，制定细致的SLR检核策略是实现可信、直观、实时的轨道产品质量分析的重要保障；自主实现利用SLR技术对多家北斗/GNSS分析中心的轨道产品质量分析的服务具有重要意义。
发明内容
本发明就是针对现有BDS多源、异构卫星轨道产品检核策略繁琐和系统构建复杂的技术问题，建立一套利用SLR对多家北斗/GNSS分析中心的BDS多源、异构卫星轨道产品进行实时检核的技术服务系统。
为此，本发明中基于SLR的BDS卫星轨道近实时检核服务系统，由三个子系统组成：Linux服务器端实现SLR日常检核流程；编制SLR残差数据集和汇总报告；实现SLR残差可视化分析；其通过以下步骤实现：
步骤1：收集和整理SLR检核所需数据集；
步骤2：数据预处理；
步骤3：SLR检核BDS多源、异构卫星轨道产品批处理；
步骤4：提取SLR检核残差数据信息；
步骤5：根据用户需求格式化输出；
步骤6：嵌套相应策略进行数据质量分析；
步骤7：输出可视化分析格式化数据接口文件及汇总报告；
步骤8：SLR残差可视化绘图分析及保存。
优选的，收集和整理SLR检核所需数据集，被收集和整理的数据集包括：由EDC提供的SLR标准点格式(NPs)数据；多家北斗/GNSS分析中心的BDS多源、异构卫星轨道产品；各家北斗/GNSS分析中心轨道产品配套的ERP文件。
优选的，数据预处理包括：对BDS多源、异构卫星的SLR NPs数据进行格式检查、转换与备份；对各家北斗/GNSS分析中心BDS多源、异构卫星轨道产品配套的ERP文件的格式检查、转换与备份；设立SLR检核工程的起始解算节点。
优选的，SLR检核BDS多源、异构卫星轨道产品批处理，主要的开发模块包括：添加BDS多源、异构卫星信息参数模块；扩展相应源码的读取、识别、数据信息传递与解算以及输出模块；创建SLR检核批处理(BPE)的过程控制文件(PCF)及相应的脚本信息(INF)模块。
优选的，提取SLR检核残差数据信息，被提取的SLR检核残差数据信息包括：BDS多源、异构卫星的SVN号、PRN号、COSPAR ID；激光测距在UTC时间系统下的检核时刻；SLR检核残差；BDS多源、异构卫星检核时刻的天底角；地面SLR测站的方位角、观测仰角；检核时刻的卫星太阳高度角，卫星轨道角；其它一些标识辅助信息。
优选的，按用户需求格式化输出包括：按不同用户需求划分时间序列长度；重组数据格式化必要的输出信息；按类别保存文件。
优选的，嵌套相应策略进行数据质量分析包括：按BDS多源、异构卫星类型分类，经验标记与筛选SLR残差中的粗差避免数据污染；筛选后的SLR残差按照三倍RMS准则进一步优化。
优选的，输出可视化分析格式化数据接口文件及汇总报告包括：更新格式化输出文件；编制SLR检核汇总报告，并设立时间节点发送给用户e-mail。
优选的，SLR残差可视化绘图分析及保存，可提供的图形包括：SLR检核残差时间序列及相应的残差均值与RMS值打印；SLR残差与BDS多源、异构卫星天底角相关性及其对应线性拟合方程打印；SLR残差与每个地面SLR测站仰角、方位角的相关性；SLR残差、卫星太阳高度角以及卫星天底角间的相关性及其对应线性拟合方程打印；SLR残差、卫星高度角以及卫星轨道角间的相关性。
本发明开发了一套完全可操作的BDS多源、异构卫星轨道的检核服务系统，允许多家北斗/GNSS分析中心、多个BDS多源、异构卫星GNSS轨道产品的近实时数据质量分析，并可近实时提供给各家北斗/GNSS分析中心以及有需求的民用用户，实用方便。
附图说明
图1为SLR日常检核流程示意图；
图2为SLR检核算法流程示意图；
图3为编制SLR残差数据集和汇总报告。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明提供一种基于SLR的BDS卫星轨道近实时检核服务系统，其由三个子系统组成：(一)Linux服务器端实现SLR日常检核流程；(二)编制SLR残差数据集和汇总报告；(三)实现SLR残差可视化分析，以下对该系统各组成部分进行详细描述：
(一)Linux服务器端实现SLR日常检核流程，如图1所示，该子系统通过以下三个步骤实现：
步骤1：收集和整理SLR检核所需数据集
被收集和整理的数据集包括：由EDC(欧洲数据中心)提供的SLR标准点格式(NPs)数据；多家北斗/GNSS分析中心的BDS多源、异构卫星轨道产品；各家北斗/GNSS分析中心轨道产品配套的ERP文件。
步骤2：数据预处理
数据预处理包括：对BDS多源、异构卫星的SLR NPs数据进行格式检查、转换与备份；对各家北斗/GNSS分析中心BDS多源、异构卫星轨道产品配套的ERP文件的格式检查、转换与备份；设立SLR检核工程的起始解算节点。
步骤3：SLR检核BDS多源、异构卫星轨道产品批处理
该功能实现基于Bernese5.2的自主开发版，主要的开发模块包括：添加BDS多源、异构卫星信息参数模块；扩展相应源码的读取、识别、数据信息传递与解算以及输出模块；创建SLR检核批处理(BPE)的过程控制文件(PCF)及相应的脚本信息(INF)模块。
在算法实施层面，即创建的PCF实施过程，如图2所示，具体实现步骤如下：首先，SLR NPs数据被转换成包含有观测量信息和气象数据的独立RINEX文件；并行地，来自于多家分析中心(ACs)的已数据预处理的轨道文件(PRE)被拟合为标准轨道；之后，分别计算地面SLR测站的激光测距、SLR测站与标准轨道反算站星距；最后，作差获得SLR残差；需要指出，执行SLR检核的重要条件是，只有当北斗/GNSS分析中心的BDS多源、异构卫星的轨道产品与由EDC提供的SLR NPs数据同时可用时，才能进行SLR检核，这也是SLR检核服务系统是近实时的关键因素。
(二)编制SLR残差数据集和汇总报告
该子系统的主要功能是：汇编接口程序提取利用SLR检核残差进行数据质量分析的数据信息；按不同用户需求来分类格式化输出相应子文件；依照不同的用户需求及分类嵌套相应的SLR残差数据质量分析策略；输出可视化分析格式化数据接口文件及汇总报告；如图3所示，具体实现步骤如下：
步骤4：提取SLR检核残差数据信息
被提取的SLR检核残差数据信息包括：(1)BDS多源、异构卫星的SVN号、PRN号、COSPAR ID；(2)激光测距在UTC时间系统下的检核时刻；(3)SLR检核残差；(4)BDS多源、异构卫星检核时刻的天底角；(5)地面SLR测站的方位角、观测仰角；(6)检核时刻的卫星太阳高度角，卫星轨道角；(7)其它一些标识辅助信息。
步骤5：根据用户需求格式化输出
按用户需求格式化输出包括：(1)按不同用户需求划分时间序列长度；(2)重组数据格式化必要的输出信息；(3)按类别保存文件。
步骤6：嵌套相应策略进行数据质量分析
嵌套相应策略进行数据质量分析包括：(1)按BDS多源、异构卫星类型分类，经验标记与筛选SLR残差中的粗差避免数据污染；(2)筛选后的SLR残差按照三倍RMS准则进一步优化。
步骤7：输出可视化分析格式化数据接口文件及汇总报告
输出可视化分析格式化数据接口文件及汇总报告包括：(1)更新格式化输出文件；(2)编制SLR检核汇总报告，并设立时间节点发送给用户e-mail。
(三)实现SLR残差可视化分析。
该子系统的主要功能是支持可视化绘图分析及保存(用户可根据e-mail链接提示下载)，通过以下步骤实现：
步骤8：SLR残差可视化绘图分析及保存
可提供的图形包括：(1)SLR检核残差时间序列及相应的残差均值与RMS值打印；(2)SLR残差与BDS多源、异构卫星天底角相关性及其对应线性拟合方程打印；(3)SLR残差与每个地面SLR测站仰角、方位角的相关性；(4)SLR残差、卫星太阳高度角以及卫星天底角间的相关性及其对应线性拟合方程打印；(5)SLR残差、卫星高度角以及卫星轨道角间的相关性。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。

Claims (6)

1.一种基于SLR的BDS卫星轨道近实时检核服务系统，其特征在于，由三个子系统组成：Linux服务器端实现SLR日常检核流程；编制SLR残差数据集和汇总报告；实现SLR残差可视化分析；其通过以下步骤实现：
步骤1：收集和整理SLR检核所需数据集，包括：由EDC提供的SLR标准点格式NPs数据；多家北斗/GNSS分析中心的BDS多源、异构卫星轨道产品；各家北斗/GNSS分析中心轨道产品配套的ERP文件；
步骤2：数据预处理，包括：对BDS多源、异构卫星的SLR NPs数据进行格式检查、转换与备份；对各家北斗/GNSS分析中心BDS多源、异构卫星轨道产品配套的ERP文件的格式检查、转换与备份；设立SLR检核工程的起始解算节点；
步骤3：SLR检核BDS多源、异构卫星轨道产品批处理，主要的开发模块包括：添加BDS多源、异构卫星信息参数模块；扩展相应源码的读取、识别、数据信息传递与解算以及输出模块；创建SLR检核批处理BPE的过程控制文件PCF及相应的脚本信息INF模块；
步骤4：提取SLR检核残差数据信息；
步骤5：根据用户需求格式化输出；
步骤6：嵌套相应策略进行数据质量分析；
步骤7：输出可视化分析格式化数据接口文件及汇总报告；
步骤8：SLR残差可视化绘图分析及保存。
2.根据权利要求1所述的基于SLR的BDS卫星轨道近实时检核服务系统，其特征在于所述步骤4通过以下方式实现，具体为：提取SLR检核残差数据信息，被提取的SLR检核残差数据信息包括：BDS多源、异构卫星的SVN号、PRN号、COSPAR ID；激光测距在UTC时间系统下的检核时刻；SLR检核残差；BDS多源、异构卫星检核时刻的天底角；地面SLR测站的方位角、观测仰角；检核时刻的卫星太阳高度角，卫星轨道角；标识辅助信息。
3.根据权利要求2所述的基于SLR的BDS卫星轨道近实时检核服务系统，其特征在于所述步骤5通过以下方式实现，具体为：按用户需求格式化输出包括：按不同用户需求划分时间序列长度；重组数据格式化必要的输出信息；按类别保存文件。
4.根据权利要求3所述的基于SLR的BDS卫星轨道近实时检核服务系统，其特征在于所述步骤6通过以下方式实现，具体为：嵌套相应策略进行数据质量分析包括：按BDS多源、异构卫星类型分类，经验标记与筛选SLR残差中的粗差避免数据污染；筛选后的SLR残差按照三倍RMS准则进一步优化。
5.根据权利要求4所述的基于SLR的BDS卫星轨道近实时检核服务系统，其特征在于所述步骤7通过以下方式实现，具体为：输出可视化分析格式化数据接口文件及汇总报告包括：更新格式化输出文件；编制SLR检核汇总报告，并设立时间节点发送给用户e-mail。
6.根据权利要求5所述的基于SLR的BDS卫星轨道近实时检核服务系统，其特征在于所述步骤8通过以下方式实现，具体为：SLR残差可视化绘图分析及保存，可提供的图形包括：SLR检核残差时间序列及相应的残差均值与RMS值打印；SLR残差与BDS多源、异构卫星天底角相关性及其对应线性拟合方程打印；SLR残差与每个地面SLR测站仰角、方位角的相关性；SLR残差、卫星太阳高度角以及卫星天底角间的相关性及其对应线性拟合方程打印；SLR残差、卫星高度角以及卫星轨道角间的相关性。
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