CN111949616A - 一种gnss掩星数据地面实时反演演示系统 - Google Patents

一种gnss掩星数据地面实时反演演示系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，包括：数据解码模块，用于还原加密的掩星数据；粘包处理模块，用于进行掩星数据的粘包和掩星数据的分类；组包/存储模块，用于将分类完的掩星数据由二进制存成RINEX格式文件；存储介质A，用于存储RINEX格式的掩星数据文件；反演模块，用于对掩星数据文件进行反演计算；NC文件处理模块，用于将反演模块的输出结果存为NC格式文件；存储介质B，用于存储NC格式的反演结果文件；和可视化模块，用于读取反演结果文件，并动态显示反演结果。本发明可以对掩星的实时数据及时的进行反演处理，提供精准的气象服务，同时提供可视化展示，直观显示电离层、大气层的大气折射率、密度等物理参数的垂直廓线。

Description

一种GNSS掩星数据地面实时反演演示系统
技术领域
本发明属于GNSS信息处理技术领域，特别涉及一种GNSS掩星数据地面实时反演演示系统。
背景技术
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。四大卫星导航系统在轨卫星有百余颗。GNSS掩星是指GNSS卫星发射的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观测卫星。观测卫星接收到的经过折射的GNSS信号可用于反演大气温度、密度、气压和电离层电子密度的垂直廓线，得到的数据，再经过后期的同化处理，便可以进行精准的气象预报服务。同时，气象数据必须要及时处理，才能保证好的时效性。否则，掩星数据将会失去价值。
随着对精准气象需求的越来越高，将会有越来越多的LEO卫星搭载掩星接收机，届时将会带来多系统、多类型海量的掩星数据。因此如何对这些数据进行准确、及时有效的处理将会是一个棘手的问题。现有的GNSS掩星数据反演系统存在以下问题：1.掩星数据不能实时可视化展示，延后性太高；2.掩星数据处理速度慢；3.反演的过程数据没有得到有效利用；4.反演成功率低。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，可以对掩星的实时数据及时的进行反演处理，提供精准的气象服务，同时提供可视化展示，让客户更加直观的了解到电离层、大气层的大气折射率、密度、温度、湿度和压强等物理参数的垂直廓线。
本发明采用的技术方案是：一种GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，包括：
数据解码模块，用于还原加密的掩星数据，
粘包处理模块，用于进行掩星数据的粘包和掩星数据的分类；
组包/存储模块，用于将分类完的掩星数据由二进制存成RINEX格式文件；
存储介质A，用于存储RINEX格式的掩星数据文件；
反演模块，用于对掩星数据文件进行反演计算；
NC文件处理模块，用于将反演模块的输出结果存为NC格式文件；
存储介质B，用于存储NC格式的反演结果文件；
和可视化模块，用于读取反演结果文件，并动态显示反演结果。
作为优选，还包括数据清洗模块，用于对RINEX格式的掩星数据文件中的缺失值、异常值进行修复。
作为优选，所述粘包处理模块通过掩星数据的帧的帧头区分掩星数据的种类，掩星数据的种类为参考星数据、电离层数据和中性大气层数据。
作为优选，所述组包/存储模块，还用于将属于同一个掩星事件的掩星数据存入同一个RINEX格式文件。
作为优选，所述反演模块包括：
定轨子模块，用于搜索可反演的掩星数据文件，并利用掩星数据文件和星历文件进行定轨反演，在反演失败时，判断异常信息、调整输入参数，再次进行定轨反演；
校正子模块，用于利用可反演掩星数据文件和定轨子模块的反演结果进行校正反演，在反演失败时，判断异常信息、调整输入参数，再次进行校正反演；
电子密度子模块，用于利用校正子模块的反演结果进行电子密度反演，在反演失败时，判断异常信息、调整输入参数，再次进行电子密度反演；
和温湿压子模块，用于利用校正子模块的反演结果进行温湿压反演，在反演失败时，判断异常信息、调整输入参数，再次进行温湿压反演。
作为优选，所述定轨子模块、校正子模块、电子密度子模块和温湿压子模块在无法进行反演时，结束反演计算。
作为优选，掩星数据文件为参考星数据文件、电离层数据文件和中性大气层数据文件。
作为优选，所述定轨子模块对星历文件和参考星数据文件进行定轨反演，生成坐标/钟差文件；所述校正子模块对坐标/钟差文件、参考星数据文件、电离层数据文件和中性大气数据文件数进行校正反演，生成电离层附加相位文件和中性大气附加相位文件；所述电子密度子模块对电离层附加相位文件进行电子密度反演，生成电离层廓线文件；所述温湿压子模块对中性大气附加相位文件进行温湿压反演，生成中性大气廓线文件。
作为优选，所述可视化模块动态显示温湿压廓线和电子密度廓线。
作为优选，所述数据解码模块通过TCP/IP协议与地面站通信。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1.本发明的反演结果采用NC格式文件，并使用可视化模块动态显示温湿压廓线和电子密度廓线，实现了掩星数据的实时可视化展示；
2.本发明设计粘包处理模块，对长短不固定的数据包进行粘包处理，并将掩星数据拆分为参考星数据、电离层数据、中性大气数据三种数据，组包/存储模块将数据分类存储为RINEX格式文件，属于同一个掩星事件的掩星数据存入同一个RINEX格式文件，配合反演模块，实现了多通道、多系统、多类型掩星事件所带来的海量掩星数据的实时处理；
3.本发明反演模块分为定轨子模块、校正子模块、电子密度子模块和温湿压子模块四个子模块，每个子模块输出结果独立存储，这些过程数据在很多领域都可以得到很好的应用，反演的过程数据得到有效利用；
4.本发明的反演模块的四个子模块之间独立承担反演算法一部分工作，子模块在反演出现失败的情况下，很容易定位问题，从而及时调整参数直到得到反演结果，实现动态调整反演参数，最大限度提高反演成功率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中1-数据解码模块，2-粘包处理模块，3-组包/存储模块，4-存储介质A，5-反演模块，6-NC文件处理模块，7-存储介质B，8-可视化模块，9-数据清洗模块。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
本发明的实施例提供了一种GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，如图1所示，其包括依次连接的数据解码模块1、粘包处理模块2、组包/存储模块3、存储介质A4、反演模块5、NC文件处理模块6、存储介质B7和可视化模块8，存储介质A4还与数据清洗模块9连接，反演模块5包含四个子模块：定轨子模块、校正子模块、电子密度子模块和温湿压子模块。
地面站接收到卫星下发的掩星数据后，为保证数据安全，对数据进行加密处理，再以一定的时间间隔(30分钟)采用TCP/IP协议通过以太网发送给数据解码模块1，数据解码模块1将加密的掩星数据进行还原。
掩星数据中包含参考星数据、电离层数据、中性大气层数据，每种数据的内容、频率、格式都不同。对于大数据量的传输要求，往往采用长连接进行数据传输，因此不可避免的会带来断包、粘包的问题，因此采用粘包处理模块2进行粘包处理，保证在断包、粘包的时候不发生数据异常。粘包处理模块2首先要检查是否有帧头存在跨两包的情况，因此需要与上一帧最后3字节的数据做比对，如果存在这种情况，将帧头类型与帧数据起始位置记录下来。然后再判断这一包数据中是否有帧头，如果有，将所找到的帧头类型与帧数据起始位置记录下来，同时记录下这一包最后3字节数据，以便与下一包数据比对，查找是否有帧头跨两包的情况，防止遗漏数据。接下来，会根据上面的记录向对应的帧缓冲区存数据，首先将这一包中记录的第一个帧头前的数据存入到上一包存的最后一帧数据缓冲区中，说明这一包开始的数据属于上一包最后一帧数据；然后，从记录的帧头对应的数据起始位置拷贝数据到对应的帧缓冲区，如果这一包数据中没有找到帧头，说明这一包数据都是上一包存的最后一帧数据，放到对应的缓冲区即可。最后记录下最后的数据存入的是哪个帧缓冲区，用来判断下一包数据最开头的数据存放到哪个帧缓冲区。这样不断的接收数据包，我们便不断的将数据存入不同的帧缓冲区，当缓冲区为一个完整帧后，便调用组包/存储模块3，将数据存成RINEX格式文件，存储于存储介质A4中。组包/存储模块3能够将属于同一个掩星事件的数据存入同一个RINEX格式文件。数据清洗模块9读取存储介质A4中的文件，对文件中的缺失值、异常值进行修复，然后再存储于存储介质A4，提高后面反演的成功率。
反演模块5对RINEX格式的掩星数据文件进行反演计算。传统的反演模块5，在处理海量掩星数据时候，由于数据量过大，一次反演周期往往很长，同时经常出现反演失败的情况。反演模块5分为四个子模块：定轨子模块、校正子模块、电子密度子模块和温湿压子模块。各个子模块之间独立承担反演算法一部分工作，同时每个子模块输出结果独立存储。子模块在反演出现失败的情况下，很容易定位问题，从而及时调整参数直到得到反演结果。掩星数据文件为参考星数据文件、电离层数据文件和中性大气层数据文件。
所述定轨子模块对星历文件和参考星数据文件按照默认参数进行定轨反演，生成坐标/钟差文件，在反演失败时，判断异常信息、调整输入参数，再次进行定轨反演；所述校正子模块对坐标/钟差文件、参考星数据文件、电离层数据文件和中性大气数据文件数照默认参数进行校正反演，生成电离层附加相位文件和中性大气附加相位文件，在反演失败时，判断异常信息、调整输入参数，再次进行校正反演；所述电子密度子模块对电离层附加相位文件照默认参数进行电子密度反演，生成电离层廓线文件，判断异常信息、调整输入参数，再次进行电子密度反演；所述温湿压子模块对中性大气附加相位文件照默认参数进行温湿压反演，生成中性大气廓线文件，在反演失败时，判断异常信息、调整输入参数，再次进行温湿压反演。所述定轨子模块、校正子模块、电子密度子模块和温湿压子模块在无法进行反演时，结束反演计算。
NC文件处理模块6主要是将各个反演子模块的输出结果存为标准的NC格式文件，便于客户使用。同时反演模块5的各个子模块也会通过该模块，读取过程中的NC文件数据来进行反演。NC格式的反演结果文件存储于存储介质B7中。可视化模块8也可以调用实时的数据，动态显示电子密度、温湿压等廓线。
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (10)

1.一种GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，其特征在于：包括：
数据解码模块，用于还原加密的掩星数据；
粘包处理模块，用于进行掩星数据的粘包和掩星数据的分类；
组包/存储模块，用于将分类完的掩星数据由二进制存成RINEX格式文件；
存储介质A，用于存储RINEX格式的掩星数据文件；
反演模块，用于对掩星数据文件进行反演计算；
NC文件处理模块，用于将反演模块的输出结果存为NC格式文件；
存储介质B，用于存储NC格式的反演结果文件；
和可视化模块，用于读取反演结果文件，并动态显示反演结果。
2.如权利要求1所述的GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，其特征在于：还包括数据清洗模块，用于对RINEX格式的掩星数据文件中的缺失值、异常值进行修复。
3.如权利要求1所述的GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，其特征在于：所述粘包处理模块通过掩星数据的帧的帧头区分掩星数据的种类，掩星数据的种类为参考星数据、电离层数据和中性大气层数据。
4.如权利要求1所述的GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，其特征在于：所述组包/存储模块，还用于将属于同一个掩星事件的掩星数据存入同一个RINEX格式文件。
5.如权利要求1所述的GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，其特征在于：所述反演模块包括：
定轨子模块，用于搜索可反演的掩星数据文件，并利用掩星数据文件和星历文件进行定轨反演，在反演失败时，判断异常信息、调整输入参数，再次进行定轨反演；
校正子模块，用于利用可反演掩星数据文件和定轨子模块的反演结果进行校正反演，在反演失败时，判断异常信息、调整输入参数，再次进行校正反演；
电子密度子模块，用于利用校正子模块的反演结果进行电子密度反演，在反演失败时，判断异常信息、调整输入参数，再次进行电子密度反演；
和温湿压子模块，用于利用校正子模块的反演结果进行温湿压反演，在反演失败时，判断异常信息、调整输入参数，再次进行温湿压反演。
6.如权利要求5所述的GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，其特征在于：所述定轨子模块、校正子模块、电子密度子模块和温湿压子模块在无法进行反演时，结束反演计算。
7.如权利要求5或6所述的GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，其特征在于：掩星数据文件为参考星数据文件、电离层数据文件和中性大气层数据文件。
8.如权利要求7所述的GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，其特征在于：所述定轨子模块对星历文件和参考星数据文件进行定轨反演，生成坐标/钟差文件；所述校正子模块对坐标/钟差文件、参考星数据文件、电离层数据文件和中性大气数据文件数进行校正反演，生成电离层附加相位文件和中性大气附加相位文件；所述电子密度子模块对电离层附加相位文件进行电子密度反演，生成电离层廓线文件；所述温湿压子模块对中性大气附加相位文件进行温湿压反演，生成中性大气廓线文件。
9.如权利要求8所述的GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，其特征在于：所述可视化模块动态显示温湿压廓线和电子密度廓线。
10.如权利要求1所述的GNSS掩星数据地面实时反演演示系统，其特征在于：所述数据解码模块通过TCP/IP协议与地面站通信。
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