CN111352718B - 一种gnss多系统掩星地面处理的业务化调度系统 - Google Patents

一种gnss多系统掩星地面处理的业务化调度系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统，包括：调度监控模块以及每个GNSS系统的LEO精密定轨模块、接收机近似钟差序列生成模块、接收机精密钟差序列生成模块和掩星反演处理模块；调度监控模块用于在各GNSS系统中选择一个优选GNSS系统，启动该GNSS系统的LEO精密定轨模块；当监测到某个非优选GNSS系统的观测数据和精密星历准备完毕，启动该GNSS系统的接收机近似钟差序列生成模块；当监测到LEO精密定轨模块和某个非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列生成模块均执行完毕，则启动该GNSS系统的接收机精密钟差序列生成模块；当监测到优选GNSS系统的LEO精密定轨模块或者某个非优选GNSS系统的接收机精密钟差计算模块执行完毕，启动该GNSS系统的掩星反演处理模块。

Description

一种GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统
技术领域
本发明属于GNSS掩星数据处理领域，尤其涉及一种GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统。
背景技术
GNSS大气掩星探测，即对GNSS卫星的临边观测，是指GNSS卫星发射的无线电波信号被地球大气所遮掩，经过地球大气和电离层折射后到达LEO(低地球轨道)卫星，然后被搭载在LEO卫星上的接收机接收。接收的GNSS信号中包含了无线电信号穿过地球大气和电离层时造成的信号折射信息，从而可通过相关的数据处理方法反演得到大气的物理参数(大气折射率、温度、湿度、压强等)垂直廓线。目前GNSS系统主要包括中国的北斗、美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和欧盟的GALILEO四大全球卫星导航系统。因为这四大系统的发展快慢、成熟度不同，因此造成有的GNSS系统的近实时精密星历时效/精度支持较好，有些则暂时发展滞后。为了获取各个GNSS系统基准的接收机精密钟差序列(该钟差序列是GNSS掩星反演模块中附加相位计算单元的输入)，常规方法是LEO精密定轨模块采用所有GNSS系统的观测数据一起同时融合处理，在这种状况下，则势必会造成所有GNSS系统基准的接收机精密钟差生成时效被时效最差的GNSS系统精密星历所拖累，并且LEO精密定轨精度也会受到质量较差GNSS系统精密星历的影响，从而影响后续所有GNSS系统的掩星产品的生成时效和精度，造成“木桶效应”。
发明内容
本发明的目的是在GNSS多系统近实时掩星地面处理业务化调度的时候，为了克服个别GNSS卫星系统精密星历的不成熟，从而拖累成熟度更高的GNSS卫星系统的掩星产品反演，提供了一种GNSS多系统掩星地面处理的系统解耦合的业务化调度系统。用这种方法进行GNSS多系统地面数据处理的调度，具有不同GNSS系统间耦合程度低，可最大化地发挥成熟度更高GNSS系统的优势，并且具有流程简单、运行可靠等特点。
为实现上述目的，本发明提供了一种GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统，所述系统包括：调度监控模块以及每个GNSS系统的LEO精密定轨模块、接收机近似钟差序列生成模块、接收机精密钟差序列生成模块和掩星反演处理模块；
所述调度监控模块，用于在各GNSS系统中选择一个优选GNSS系统，然后启动该GNSS系统的LEO精密定轨模块；用于当监测到某个非优选GNSS系统的观测数据和精密星历准备完毕，启动该GNSS系统的接收机近似钟差序列生成模块；用于当监测到LEO精密定轨模块和某个非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列生成模块均执行完毕，则启动该GNSS系统的接收机精密钟差序列生成模块；还用于当监测到优选GNSS系统的LEO精密定轨模块或者某个非优选GNSS系统的接收机精密钟差计算模块执行完毕，则启动该GNSS系统的掩星反演处理模块；
所述LEO精密定轨模块启动时，其所属的GNSS系统为优选GNSS系统，该模块对所属GNSS系统的星载定位数据进行处理，生成LEO卫星精密轨道和优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列；
所述接收机近似钟差序列生成模块，用于进行伪距单点定位计算，生成非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列；
所述接收机精密钟差序列生成模块，用于根据非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列与优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列，计算生成非优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列；
所述掩星反演处理模块，用于根据所属GNSS系统基准的接收机精密钟差序列，生成所属GNSS系统的掩星产品。
作为上述系统的一种改进，所述优选GNSS系统的近实时精密星历时效和精度在所有GNSS系统中是相对最优的。
作为上述系统的一种改进，所述调度监控模块启动优选GNSS系统的LEO精密定轨模块前，需要该GNSS系统的观测数据和精密星历均准备完毕。
作为上述系统的一种改进，所述调度监控模块启动某非优选GNSS系统的接收机近似钟差序列生成模块的条件为：优选GNSS系统的LEO精密定轨模块执行成功，以及该非优选GNSS系统的观测数据和精密星历均已完备。
作为上述系统的一种改进，所述计算生成非优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列，具体包括：
将非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列与优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列做差，生成系统时间差序列δi，i＝1…n；n为系统时间差的个数；
将系统时间差序列进行平均，得到系统时间差固定参数Tsys：
Figure BDA0002428250940000021
利用系统时间差固定参数Tsys，对优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列进行改正，得到非优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列。
本发明的优势在于：
1、本发明的系统适用于GNSS多系统近实时掩星地面业务处理的调度，可以最大程度实现GNSS多系统掩星同时处理时的产品生成时效最优化；
2、本发明既实现了各GNSS系统掩星地面处理业务化调度的解耦合，又充分考虑了各GNSS系统之间的系统时间差，保证了不同GNSS系统掩星处理时对应时间基准上的接收机钟差的高精度修正；
3、本发明对非优选GNSS系统基准的接收机精密钟差计算策略简单，因此可以保证数据处理程序的稳定性、可靠性及高时效性；
4、本发明无需增加特殊的复杂算法，整个调度流程简单，易实现，可实现地面处理业务化调度的可靠运行；
5、本发明的系统最大程度最优化地实现GNSS多系统掩星产品的高时效/高精度生成，保证近实时地面处理的时候，各个GNSS系统的掩星产品生成不会被个别GNSS系统精密星历成熟度不足所牵连，造成所有GNSS系统产品时效/精度的整体下降；
6、本发明的系统能够根据各个GNSS系统近实时精密星历的状况最优化地生成各GNSS系统掩星产品。
附图说明
图1为本发明的GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统的示意图；
图2为本发明的实施例1的优选GNSS系统的掩星反演处理的流程图；
图3为本发明的实施例1的生成北斗基准的接收机近似钟差序列的示意图；
图4为本发明的实施例1的北斗系统的掩星反演处理的流程图；
图5为本发明的实施例1的北斗系统基准的接收机精密钟差计算流程图；
图6为本发明的实施例2的优选GNSS系统的掩星反演处理的流程图；
图7为本发明的实施例2的生成北斗基准的接收机近似钟差序列的示意图；
图8为本发明的实施例2的生成GALILEO基准的接收机近似钟差序列的示意图；
图9为本发明的实施例2的北斗系统的掩星反演处理的流程图；
图10为本发明的实施例2的GALILEO系统的掩星反演处理的流程图；
图11为本发明的实施例2的GALILEO系统基准的接收机精密钟差计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本发明的一种GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统，该系统包括：
调度监控模块，用于在各GNSS系统中选择一个近实时精密星历时效/精度相对最优的GNSS系统(称为优选GNSS系统)；启动该GNSS系统的LEO精密定轨模块；
用于当监测到某个非优选GNSS系统的观测数据准备和精密星历准备完毕，启动该GNSS系统的接收机近似钟差序列生成模块；
用于当监测到LEO精密定轨模块并且某个非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列生成模块执行完毕，则启动该GNSS系统的接收机精密钟差序列生成模块；
还用于当监测到LEO精密定轨模块执行完毕，或者某个非优选GNSS系统的接收机精密钟差计算模块执行完毕，则启动该GNSS系统的掩星反演处理模块；
对应每个GNSS系统，均设置一个LEO精密定轨模块、接收机近似钟差序列生成模块、接收机精密钟差序列生成模块和掩星反演处理模块；
LEO精密定轨模块，当该模块启动时，其所属的GNSS系统为优选GNSS系统，该模块对所属GNSS系统的星载定位数据进行处理，生成LEO精密定轨产品，该产品包括LEO精密轨道和优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列；
接收机近似钟差序列生成模块，当该模块启动时，其所属的GNSS系统为非优选GNSS系统；该模块进行伪距单点定位(SPP)计算，生成非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列；
接收机精密钟差序列生成模块，当该模块启动时，其所属的GNSS系统为非优选GNSS系统，该模块根据非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列与优选GNSS系统基准的接收机精密钟差文件，得到这两个GNSS系统间的接收机钟差的差值序列，该差值序列平均后得到这两个系统间的系统时间差固定参数；通过该系统时间差固定参数和优选GNSS系统的接收机精密钟差序列，计算生成非优选GNSS系统的接收机精密钟差序列；
掩星反演处理模块，用于当LEO精密定轨模块执行完毕，则进行优选GNSS系统的掩星反演处理，生成该GNSS系统掩星的大气折射率、温度、湿度和压强等产品；还用于当接收机精密钟差序列生成模块执行完毕，则进行非优选GNSS系统的掩星反演处理，生成该GNSS系统掩星的大气折射率、温度、湿度和压强等产品；掩星反演处理模块包括：附加相位处理单元和产品反演单元。
实施例1
本实施例主要针对同时调度当前的GPS和北斗两个系统的掩星地面处理流程的场景。
对于当前的GPS和北斗两个系统，近实时精密星历时效/精度相对最优的GNSS系统为GPS。LEO精密定轨模块(leoPod)调度的时候，只使用GPS的观测数据。如图2所示，调度监控(COSS)模块同时并行监控GPS/北斗观测数据和GPS精密星历数据是否准备完备，监控程序一直循环判断，判断等待时间设置为5分钟。一旦一轨连续GPS/北斗观测数据和GPS精密星历数据两个条件都符合，则立即启动LEO精密定轨模块，生成LEO精密轨道和GPS系统基准的接收机精密钟差，则该时次LEO精密定轨模块的调度完毕。LEO精密定轨模块执行成功后在数据库标记该时段的LEO精密定轨执行成功标志。
如图2所示，一旦LEO精密定轨模块执行成功，则立即启动GPS系统的掩星反演处理模块(occInverGPS)，最终生成基于GPS系统掩星的大气折射率、温度、湿度和压强等产品。
如图3所示，调度监控模块同时并行对GPS/北斗观测数据和北斗精密星历完备情况两个条件进行监控，每5分钟判断一次。一旦一轨连续GPS/北斗观测数据和北斗精密星历完备情况都符合，则立即调用北斗系统的接收机近似钟差序列生成模块，通过伪距单点定位(SPP)，生成北斗基准的接收机近似钟差序列文件。执行成功后在数据库记录北斗基准的接收机近似钟差序列计算成功标志。
如图4所示，调度监控模块一旦监测到北斗系统基准的接收机近似钟差序列计算模块和LEO精密定轨模块均执行成功，则立即启动北斗系统基准的接收机精密钟差序列生成模块(recClkBDS)。
所述调度监控模块启动某非优选GNSS系统的各个处理模块前，仅需要判断优选GNSS系统的LEO精密定轨模块成功和上述非优选GNSS系统观测数据和精密星历完备性，不需要判断其他非优选GNSS系统相关的任何条件。
北斗系统基准的接收机精密钟差计算流程如图5所示，具体为：北斗系统基准的接收机近似钟差序列与GPS系统基准的接收机精密钟差序列在对应时刻做差，生成北斗/GPS系统时间差序列，记为δi(i＝1…n)。对该差值序列进行平均，得到北斗系统和GPS系统在这一轨时长内的北斗/GPS系统时间差固定参数，即：
Figure BDA0002428250940000061
利用Tsys在GPS系统基准的的接收机精密钟差序列基础上进行改正，得到北斗系统基准的接收机精密钟差序列，并写入标准的rinex格式的钟差文件中。该北斗系统基准的接收机精密钟差文件同前述LEO精密定轨模块生成的LEO精密轨道供后续北斗掩星反演处理模块(occInverBDS)中的附加相位计算单元使用。
如图4所示，一旦北斗系统基准的接收机精密钟差计算模块执行成功，则立即启动北斗系统的掩星反演数据处理模块(occInverBDS)，最终生成基于北斗掩星的大气折射率、温度、湿度和压强产品。
实施例2
本实施例主要针对同时调度当前的GPS、北斗和GALILEO三个系统的掩星地面处理流程的场景。
对于当前的GPS、北斗和GALILEO三个系统，近实时精密星历时效/精度相对最优的GNSS系统为GPS。LEO精密定轨模块(leoPod)只使用GPS的观测数据。如图6所示，调度监控(COSS)模块同时并行监控GPS/北斗/GALILEO观测数据和GPS精密星历数据是否准备完备，一直循环判断，判断等待时间设置为5分钟。一旦一轨连续GPS/北斗/GALILEO观测数据和GPS精密星历数据两个条件都符合，则立即启动LEO精密定轨模块，生成LEO精密轨道和GPS系统基准的接收机精密钟差，则该时次LEO精密定轨模块的调度完毕。LEO精密定轨模块执行成功后在数据库标记该时段的LEO精密定轨执行成功标志。
如图6所示，一旦LEO精密定轨模块执行成功，则立即启动GPS系统的掩星数据处理模块，最终生成基于GPS掩星反演出的大气温度、湿度、压强产品。
如图7所示，调度监控模块同时并行对GPS/北斗/GALILEO观测数据和北斗精密星历完备情况两个条件进行监控，每5分钟判断一次。一旦一轨连续GPS/北斗/GALILEO观测数据和北斗精密星历完备情况都符合，则立即调用北斗系统的接收机近似钟差序列生成模块，通过伪距单点定位(SPP)，生成北斗基准的接收机近似钟差序列文件。执行成功后在数据库记录北斗基准的接收机近似钟差序列计算成功标志。
如图8所示，调度监控模块同时并行对GPS/北斗/GALILEO观测数据和GALILEO精密星历完备情况两个条件进行监控，每5分钟判断一次。一旦一轨连续GPS/北斗/GALILEO观测数据和GALILEO精密星历完备情况都符合，则立即调用GALILEO系统的接收机近似钟差序列生成模块，通过伪距单点定位(SPP)，生成GALILEO基准的接收机近似钟差序列文件。执行成功后在数据库记录GALILEO基准的接收机近似钟差序列计算成功标志。
如图9所示，调度监控模块一旦监测到北斗系统基准的接收机近似钟差序列计算模块和LEO精密定轨模块均执行成功后，则启动北斗系统基准的接收机精密钟差序列生成模块(recClkBDS)。
北斗系统基准的接收机精密钟差序列生成流程如图5所示，具体为：北斗系统基准的接收机近似钟差序列与GPS系统基准的接收机精密钟差序列在对应时刻做差，生成北斗/GPS系统时间差序列，记为δi(i＝1…n)。对该差值序列进行平均，得到北斗系统和GPS系统在这一轨时长内的北斗/GPS系统时间差固定参数，即：
Figure BDA0002428250940000071
利用Tsys在GPS系统基准的接收机精密钟差序列基础上进行改正，得到北斗系统基准的接收机精密钟差序列，并写入标准的rinex格式的钟差文件中。该北斗系统基准的接收机精密钟差文件同前述LEO精密定轨模块生成的LEO精密轨道供后续北斗掩星反演处理模块中的附加相位计算单元使用。
如图9所示，一旦北斗系统基准的接收机精密钟差序列生成模块执行成功，则立即启动北斗系统的掩星反演数据处理模块(occInverBDS)，最终生成基于北斗系统掩星的大气折射率、温度、湿度和压强产品。
如图10所示，调度监控模块监测到GALILEO系统基准的接收机钟差近似序列计算模块和LEO精密定轨模块均执行成功后，则启动GALILEO系统基准的接收机精密钟差序列生成模块(recClkGAL)。
GALILEO系统基准的接收机精密钟差序列生成流程如图11所示，具体为：GALILEO系统基准的接收机近似钟差序列与GPS系统基准的接收机精密钟差序列在对应时刻做差，生成GALILEO/GPS系统时间差序列，记为δi(i＝1…n)。对该差值序列进行平均，得到GALILEO系统和GPS系统在这一轨时长内的GALILEO/GPS系统时间差固定参数，即：
Figure BDA0002428250940000072
利用Tsys在GPS系统基准的接收机精密钟差序列基础上进行改正，得到GALILEO系统基准的接收机精密钟差序列，并写入标准的rinex格式的钟差文件中。该GALILEO系统基准的接收机精密钟差文件同LEO精密轨道供后续GALILEO掩星反演处理模块中的附加相位计算单元使用。
如图10所示，一旦GALILEO系统基准的接收机精密钟差序列生成模块执行成功，则立即启动GALILEO系统的掩星反演数据处理模块(occInverGAL)，最终生成基于GALILEO系统掩星的大气折射率、温度、湿度和压强产品。
所述调度监控模块启动某非优选GNSS系统的各个处理模块前，仅需要判断优选GNSS系统的LEO精密定轨模块成功和上述非优选GNSS系统观测数据和精密星历完备性，不需要判断其他非优选GNSS系统相关的任何条件。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统，其特征在于，所述系统包括：调度监控模块以及每个GNSS系统的LEO精密定轨模块、接收机近似钟差序列生成模块、接收机精密钟差序列生成模块和掩星反演处理模块；
所述调度监控模块，用于在各GNSS系统中选择一个优选GNSS系统，然后启动该GNSS系统的LEO精密定轨模块；用于当监测到某个非优选GNSS系统的观测数据和精密星历准备完毕，启动该GNSS系统的接收机近似钟差序列生成模块；用于当监测到LEO精密定轨模块和某个非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列生成模块均执行完毕，则启动该GNSS系统的接收机精密钟差序列生成模块；还用于当监测到优选GNSS系统的LEO精密定轨模块或者某个非优选GNSS系统的接收机精密钟差计算模块执行完毕，则启动该GNSS系统的掩星反演处理模块；
所述LEO精密定轨模块启动时，其所属的GNSS系统为优选GNSS系统，该模块对所属GNSS系统的星载定位数据进行处理，生成LEO卫星精密轨道和优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列；
所述接收机近似钟差序列生成模块，用于进行伪距单点定位计算，生成非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列；
所述接收机精密钟差序列生成模块，用于根据非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列与优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列，计算生成非优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列；
所述掩星反演处理模块，用于根据所属GNSS系统基准的接收机精密钟差序列，生成所属GNSS系统的掩星产品。
2.根据权利要求1所述的GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统，其特征在于，所述优选GNSS系统的近实时精密星历时效和精度在所有GNSS系统中是相对最优的。
3.根据权利要求2所述的GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统，其特征在于，所述调度监控模块启动优选GNSS系统的LEO精密定轨模块前，需要该GNSS系统的观测数据和精密星历均准备完毕。
4.根据权利要求1所述的GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统，其特征在于，所述调度监控模块启动某非优选GNSS系统的接收机近似钟差序列生成模块的条件为：优选GNSS系统的LEO精密定轨模块执行成功，以及该非优选GNSS系统的观测数据和精密星历均已完备。
5.根据权利要求1所述的GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统，其特征在于，所述计算生成非优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列，具体包括：
将非优选GNSS系统基准的接收机近似钟差序列与优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列做差，生成系统时间差序列δi，i＝1…n；n为系统时间差的个数；
将系统时间差序列进行平均，得到系统时间差固定参数Tsys：
Figure FDA0002428250930000021
利用系统时间差固定参数Tsys，对优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列进行改正，得到非优选GNSS系统基准的接收机精密钟差序列。
6.根据权利要求1所述的GNSS多系统掩星地面处理的业务化调度系统，其特征在于，所述掩星产品包括大气折射率、大气温度、湿度和压强。
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