CN113281794A - 一种并行估计星间单差宽巷fcb的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其主要操作如下：首先，需要设置目标基准星，启动并行计算，得到各卫星对的单差宽巷FCB；然后将所有卫星对的单差宽巷FCB转换合并至目标基准星，得出目标基准星下的单差宽巷FCB的估值；继而通过目标基准星下的单差宽巷FCB的估值计算出每个测站的单基准星下的单差窄巷FCB估值；最后将所有单基准星下的单差窄巷FCB估值转换合并至目标基准星，得出目标基准星下的单差窄巷FCB的估值。本发明能提高星间单差宽巷FCB产品计算的时效性，具有较强的扩展性和适用性，可很好地运用于估计各类型卫星导航系统的星间单差宽巷FCB值。
Description
技术领域
本发明涉及GNSS观测数据处理技术领域，更具体的说，涉及一种并行估计星间单差宽巷FCB的方法。
背景技术
以GPS为代表的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)以其高精度、高效率、全天候等优势，深刻地改变了人类的生活和观念，产生了巨大的经济效益与社会效益。特别是1997年Zumberge教授提出了基于消电离层组合的精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)技术，仅依赖单台GNSS接收机便可直接获得高精度三维坐标位置，使用灵活且不受作用距离的限制，在交通运输、工程测量、地球物理等众多领域得到广泛应用。但由于PPP采用非差模型，其观测方程中难以分离的相位未校准硬件延迟中的小数部分(Fractional-Cycle Biases,FCB)导致非差模糊度失去了整数特性，使得其精度和可靠性不及传统的相对定位技术。如果能够提供包含硬件延迟小数部分的改正产品(FCB产品)，用户改正之后便能进行非差模糊度的固定，进而能够显著提高PPP的定位精度和收敛速度，因此，小数偏差FCB估计及应用受到国内外导航定位领域的关注与重视。
国内外研究机构和研究人员对FCB估计及非差模糊度固定应用进行了广泛的关注和研究，发表的文献主要包括：国外《Journal of Geodesy》的《Resolution of GPScarrier-phase ambiguities in Precise Point Positioning(PPP)with dailyobservations》，以及国内《武汉大学学报信息科学版》的《卫星端宽巷载波相位小数偏差估计方法研究与结果分析》和《非差模糊度整数固定解PPP新方法及实验》等一系列研究。显而易见，目前非差模糊度的小数周偏差的估计中，已有的解决方案侧重于提出不同的解算方法，例如，是否单独估计窄巷FCB，是否进行星间差分等。而随着俄罗斯GLONASS系统、中国北斗系统、欧洲Galileo系统等更多的卫星导航系统快速建设发展，以及越来越多的地面基准站CORS网的涌现，GNSS数据处理迎来上千地面参考站、上百空间导航卫星组成的大规模多系统观测网数据，数据规模增大有利于提高FCB产品精度与可靠性，但却随之带来了严重的效率计算问题，且现有技术中尚未有对星间单差宽巷FCB并行估计的研究。
发明内容
本发明要解决的问题是针对现有技术中所存在的上述不足而提供一种并行估计星间单差宽巷FCB的方法，解决了现有技术中大规模GNSS网观测数据估计星间单差宽巷FCB产品效率较为低下的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种并行估计星间单差宽巷FCB的方法，包括如下步骤：S1、设置目标基准星，启动并行计算，得到各卫星对的单差宽巷FCB；S2、将所有卫星对的单差宽巷FCB转换合并至目标基准星，得出目标基准星下的单差宽巷FCB的估值；S3、通过目标基准星下的单差宽巷FCB的估值计算出每个测站的单基准星下的单差窄巷FCB估值；S4、将所有单基准星下的单差窄巷FCB估值转换合并至目标基准星，得出目标基准星下的单差窄巷FCB的估值。
作为优选实施方式，对于步骤S1，具体操作是先对所有基准站的观测数据采取站间并行计算方法构建非差MW组合值，每个测站观测数据选取可用基准星，经星间单差消除接收机端宽巷FCB影响，得到单基准星下的单差MW组合值。其次，按高度角加权平滑单差MW组合值消除噪声影响，得到平滑后的单差MW组合值，取该值小数部分得该卫星对的单差宽巷FCB。
在具体计算时，将所有卫星对的单差宽巷FCB，通过差分传递将其他基准星的FCB转换到同一个参考基准星下，然后合并得到目标基准星下的所述单差宽巷FCB的估值，进而得到固定的单差宽巷模糊度固定解。进一步地，由目标基准星下的单差宽巷FCB的估值即得到固定的单差宽巷模糊度固定解；对基准站坐标进行约束，通过站间并行策略进行无电离层组合PPP解算，得到所有测站单基准星下的单差无电离层组合模糊度浮点解；并通过星间并行计算策略，得到每个测站的在单基准星下的单差窄巷FCB估值。
此外，前述的步骤S4具体包括通过差分传递将其他基准星下的单差窄巷FCB转换到同一个参考基准星下，然后合并得到所述目标基准星下的单差窄巷FCB的估值。
优选地，每个测站数据作为一个独立计算任务，对所有基准站观测数据根据可用的计算机实际物理核数进行均匀分配任务，进而同时运行多个计算任务实现站间并行构建非差MW组合值。
优选地，根据每个基准站观测数据根据当前观测到的卫星弧段长度或高度角情况，选择弧段最长或者高度角最大的某颗卫星作为临时单基准星，以临时单基准星构建单差MW组合值。
优选地，单差MW组合值减去步骤S102中的所述单差宽巷FCB的估值后再通过取整固定，得到固定的单差宽巷模糊度固定解。
优选地，通过基准星作差传递，得到不共视情况下的卫星在同一目标基线星下的所有单差宽巷FCB估值，进而得到全星座单差宽巷FCB。
优选地，每个卫星对彼此之间互不相关，将每个卫星对计算单差窄巷模糊度的过程作为独立计算任务，进而在多个线程之间同步运行多个计算任务，实现星间并行计算单差窄巷模糊度。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：(1)计算高效，对单差宽巷FCB估计流程中进行站间并行与星间并行分解后，利用并行计算技术带来的高性能计算能力实现单差宽巷FCB的并行计算，极大地缩短了大规模GNSS数据下估计单差宽巷FCB的计算时间，具有高效的计算效率。(2)实现简单，易于操作，通过将单差宽巷FCB计算在多个多核计算机上并行估计，能显著提高当前多核多节点计算平资源的利用效率。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明一个实施例中的多核平台下并行估计星间单差宽巷FCB的流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：
本实施例公布了一种并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其主要操作如下：首先，需要设置目标基准星，启动并行计算，得到各卫星对的单差宽巷FCB；然后将所有卫星对的单差宽巷FCB转换合并至目标基准星，得出目标基准星下的单差宽巷FCB的估值；继而通过目标基准星下的单差宽巷FCB的估值计算出每个测站的单基准星下的单差窄巷FCB估值；最后将所有单基准星下的单差窄巷FCB估值转换合并至目标基准星，得出目标基准星下的单差窄巷FCB的估值。
以上计算方法，更详细地来说，如图1所示，可以按以下具体步骤实施进行：
1、设置目标基准星，对所有基准站的观测数据采取站间并行计算方法构建非差MW组合值，每个测站观测数据选取可用基准星，经星间单差消除接收机端宽巷FCB影响，得到单基准星下的单差MW组合值。
2、按高度角加权平滑单差MW组合值消除噪声影响，得到平滑后的单差MW组合值，取该值小数部分得该卫星对的单差宽巷FCB。
3、将所有卫星对的单差宽巷FCB，通过差分传递将其他基准星的FCB转换到同一个参考基准星下，然后合并得到目标基准星下的单差宽巷FCB的估值，进而得到固定的单差宽巷模糊度固定解。
4、对基准站坐标进行约束，通过站间并行策略进行无电离层组合PPP解算，得到所有测站单基准星下的单差无电离层组合模糊度浮点解。
5、由步骤3的单差宽巷模糊度固定解和步骤4的单差无电离层组合模糊度浮点解，通过星间并行计算策略，得到每个测站的在单基准星下的单差窄巷FCB估值。
6、通过差分传递将其他基准星下的单差窄巷FCB转换到同一个参考基准星下，然后合并得到目标基准星下的单差窄巷FCB的估值及估计量的标准差。
作为优选实施方式，在步骤1中，站间并行方法为：对所有基准站观测数据根据可用的计算机实际物理核数进行均匀分配，每个测站数据作为一个独立计算任务，进而同时运行多个计算任务实现并行构建非差MW组合值，提高计算效率。另外，还可以在步骤1执行时，关于选取可用基准星的方法，由于所有基准站无法同时观测到同一目标参考基准星，因此对每个基准站观测数据根据当前观测到的卫星弧段长度或高度角情况，选择弧段最长或者高度角最大的某颗卫星作为临时基准星。
具体而言，在步骤3中，得到固定的单差宽巷模糊度固定解的方法为：利用步骤1得到的单差MW组合值扣除单差宽巷FCB估值，再通过取整固定，得到固定的单差宽巷模糊度固定解。
具体而言，在上述步骤3中，其差分传递的方法为：假设si、sj、sk为观测卫星，设sj为目标基准星，但si和sj不共视(同时观测)，而si和sj分别与sk共视，则可得si-sk、sj-sk的共视卫星对的单差宽巷FCB估值，通过作差就可以得到在si和sj不共视情况下的si以sj为目标基准星的FCB估值：bi,j＝bi,k-bj,k，上式中，i、j、k为卫星编号，bi,k表示si以sk为基准星的单差宽巷FCB估值，bj,k表示sj以sk为基准星的单差宽巷FCB估值，表示bi,j si以sj为目标基准星的FCB估值。由此，通过基准星作差传递，可以得到同一目标基线星下的所有单差宽巷FCB估值，进而得到全星座单差宽巷FCB。
进一步地，在步骤5中，其星间并行计算的方法如下：每个卫星对彼此之间互不相关，将每个卫星对计算单差窄巷模糊度的过程作为独立计算任务，进而在多个线程之间同步运行多个计算任务，进而实现星间并行计算单差窄巷模糊度，提高窄巷FCB估计效率。
由上述可知，本发明是一种新的并行估计星间单差宽巷FCB产品的方法，实现了对大规模GNSS网观测数据估计星间单差宽巷FCB产品众多环节的并行执行。实验利用全球分布的300个GNSS基准站的观测数据，分别采用四核和六核并行两种方案。通过测试，本发明提出的并行估计星间单差宽巷FCB方法与传统单核串行方法相比，大大缩短了计算时间，提高了解算效率，四核、六核并行的加速比分别达到了3.45、5.20倍。此外，根据实际情况，本发明的GNSS观测数据可以全面包括GPS、Galileo、BDS和GLONASS等各类型卫星导航系统的伪距和载波相位观测值。综上可知，本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)提高星间单差宽巷FCB产品计算的时效性。本发明提出了一种并行估计星间单差宽巷FCB的方法，在多核平台下实现了站间并行解算星间单差宽巷FCB和星间并行解算星间单差窄巷FCB，缩短了利用大规模GNSS网观测数据估计星间单差宽巷FCB产品的时间，提高了计算效率。
(2)易于扩展。本发明提出的方法具有较强的扩展性和适用性，适用于估计各类型卫星导航系统的星间单差宽巷FCB值。对GPS、Galileo、BDS和GLONASS等系统的观测数据，都可纳入本发明的星间单差宽巷FCB并行计算方法，采用本发明所提的方法对所选卫星导航系统的星间单差宽巷FCB进行并行估计，本发明能有效应用于“测绘科学与技术”学科中的“大地测量学与测量工程”技术领域，经济和社会效益巨大，利于推广实施。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、设置目标基准星，启动并行计算，得到各卫星对的单差宽巷FCB；
S2、将所有卫星对的单差宽巷FCB转换合并至目标基准星，得出目标基准星下的单差宽巷FCB的估值；
S3、通过目标基准星下的单差宽巷FCB的估值计算出每个测站的单基准星下的单差窄巷FCB估值；
S4、将所有单基准星下的单差窄巷FCB估值转换合并至目标基准星，得出目标基准星下的单差窄巷FCB的估值。
2.如权利要求1所述并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其特征在于，对于步骤S1，包括：
S101、对所有基准站的观测数据采取站间并行计算方法构建非差MW组合值，每个测站观测数据选取可用基准星，经星间单差消除接收机端宽巷FCB影响，得到单基准星下的单差MW组合值；
S102、按高度角加权平滑单差MW组合值消除噪声影响，得到平滑后的单差MW组合值，取该值小数部分得该卫星对的单差宽巷FCB。
3.如权利要求2所述并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其特征在于，对于步骤S2，包括：将所有卫星对的单差宽巷FCB，通过差分传递将其他基准星的FCB转换到同一个参考基准星下，然后合并得到目标基准星下的所述单差宽巷FCB的估值，进而得到固定的单差宽巷模糊度固定解。
4.如权利要求3所述并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其特征在于，步骤S3包括：
S301、由目标基准星下的单差宽巷FCB的估值即得到固定的单差宽巷模糊度固定解；
S302、对基准站坐标进行约束，通过站间并行策略进行无电离层组合PPP解算，得到所有测站单基准星下的单差无电离层组合模糊度浮点解；
S303、根据所述单差宽巷模糊度固定解和单差无电离层组合模糊度浮点解，通过星间并行计算策略，得到每个测站的在单基准星下的单差窄巷FCB估值。
5.根据权利要求4所述并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其特征在于，步骤S4具体包括通过差分传递将其他基准星下的单差窄巷FCB转换到同一个参考基准星下，然后合并得到目标基准星下的单差窄巷FCB的估值。
6.根据权利要求2所述并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其特征在于，每个测站数据作为一个独立计算任务，对所有基准站观测数据根据可用的计算机实际物理核数均匀分配任务，进而同时运行多个计算任务，实现站间并行构建非差MW组合值。
7.根据权利要求2所述并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其特征在于，根据每个基准站观测数据和当前观测到的卫星弧段长度或高度角情况，选择弧段最长或者高度角最大的某颗卫星作为临时单基准星，以临时单基准星构建单差MW组合值。
8.根据权利要求3所述并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其特征在于，步骤S101中所述单差MW组合值减去步骤S102中的所述单差宽巷FCB后再通过取整固定，得到固定的单差宽巷模糊度固定解。
9.根据权利要求4所述并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其特征在于，通过基准星作差传递，得到不共视情况下的卫星在同一目标基线星下的所有单差宽巷FCB估值，进而得到全星座单差宽巷FCB。
10.根据权利要求4所述并行估计星间单差宽巷FCB的方法，其特征在于，每个卫星对彼此之间互不相关，将每个卫星对计算单差窄巷模糊度的过程作为独立计算任务，进而在多个线程之间同步运行多个计算任务，实现星间并行计算单差窄巷模糊度。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210820 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |