CN114355418A - 基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法和系统，所述方法包括：利用分布式卫星数据接收系统接收与北斗地基增强系统连接的所有基准站的观测数据和导航星历；对所述观测数据进行数据完整性分析，获得各基准站的数据完整性结果；根据所述观测数据和所述导航星历进行各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估；对各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估结果进行存储和显示。该事后数据质量评估方法能够很好地对地基增强系统的各基准站点进行分析，及时生成站点运维日志，对站点数据质量有效分析，及时发现和改正站点运行问题，支撑地基增强系统数据的对外服务使用。
Description
技术领域
本发明属于卫星导航定位技术领域，具体涉及一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法和系统。
背景技术
GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)可向全球用户提供高质量的定位、导航以及授时服务，在各个领域发挥着至关重要的作用，为了给各个领域提供优质服务，需要对接收机采集的观测数据进行数据质量分析，通过对观测数据质量分析结果进行统计并对比分析，能够使用户全方面掌握不同因素对GNSS观测数据质量的影响，为精化误差修正模型、函数模型等方面提供参考。观测数据的质量可由数据完整性、多路径效应与观测噪声、信噪比、周跳比、PDOP值等指标反映，目前国内外许多学者对部分指标进行了研究，未有人对全部指标进行分类全面的分析。
北斗地基增强系统由基准站网络、数据处理系统、通信网络等组成，是北斗卫星导航系统提供高精度位置服务的重要基础设施。北斗地基增强系统全国框架网基准站已建成150个，共采用了6家国内厂商提供的多模多频接收机和天线设备，这些国产设备的性能指标与稳定性与GPS(Global Positioning System，全球定位系统)存在差异，使输出数据(观测数据和导航电文)质量存在偏差，导致各卫星导航系统的数据质量分析呈现复杂性，而数据质量是后续北斗地基增强系统提供高质量服务的前提，因此开展北斗地基增强系统数据质量分析方法的研究十分必要，这能够填补北斗地基增强系统数据质量分析的空白，支撑北斗地基增强系统的连续稳定运行。
国内外对数据质量分析算法指标的研究趋于成熟，但北斗地基增强系统采用多家生产商提供的硬件设备，观测环境复杂，缺乏有效的数据质量分析方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法和系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明的一个方面提供了一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法，包括：
S1：利用分布式卫星数据接收系统接收与北斗地基增强系统连接的所有基准站的观测数据和导航星历；
S2：对所述观测数据进行数据完整性分析，获得各基准站的数据完整性结果；
S3：根据所述观测数据和所述导航星历进行各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估；
S4：对各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估结果进行存储和显示。
在本发明的一个实施例中，所述分布式卫星数据接收系统包括多个数据接收计算机，所述多个数据接收计算机中包括一个公共数据接收计算机和多个观测数据接收计算机，其中，所述公共数据接收计算机用于接收公共数据，所述公共数据为所有基准站的导航星历，所述多个观测数据接收计算机中的每个数据接收计算机分别用于根据设定的基准站清单与对应基准站建立连接并接收来自对应基准站的观测数据。
在本发明的一个实施例中，每个观测数据接收计算机具体用于：
预先设定通信配置文件和基准站配置文件，其中，所述通信配置文件中包括Ntrip服务端IP、端口、用户名和密码，所述基准站配置文件中包括待连接的基准站清单以及每个基准站需接收的观测数据类型；
根据设定的基准站清单，通过Ntrip协议与对应基准站建立连接，并接收相应类型的观测数据；
按照预设的存储规范，将所述观测数据进行数据处理，以形成具有唯一时间标志的文件格式；
将所述文件格式的观测数据上传至数据存储平台。
在本发明的一个实施例中，所述S2包括：
S21：判断各基准站的观测数据是否为合格观测数据，所述合格观测数据为包含预先设定的观测数据类型且观测数据信噪比满足要求的观测数据；
S22：获得各基准站的数据完整性数据：数据完整性＝实际合格观测值数目/理论观测值数目；
S23：当数据完整性结果低于设定阈值时，对基准站接收机及基准站环境进行检查和修复。
在本发明的一个实施例中，所述S3包括：
S31：选择基准站，根据设定的时间间隔，在到达计算时刻时获取当前基准站的观测数据和导航星历；
S32：根据所述观测数据进行当前基准站的卫星三频点多路径效应计算和对比和双频周跳探测；
S33：根据所述导航星历获得当前基准站的各卫星用户测距误差和用户距离等效误差。
在本发明的一个实施例中，所述S32包括：
S321：分别进行GPS/BDS/GLONASS系统多路径效应对比、不同基准站单系统多路径效应对比、不同接收机类型GPS/BDS/GLONASS卫星多路径效应对比以及BDS系统GEO/MEO/IGSO卫星多路径效应对比分析；
S322：采用码伪距与相位伪距组合、电离层残差法以及MW组合法的联合方法进行双频周跳探测。
本发明的另一方面提供了一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估系统，包括数据接收模块、数据完整性检测模块、数据质量分析模块和显示模块，其中，
所述数据接收模块用于利用分布式卫星数据接收系统接收与北斗地基增强系统连接的所有基准站的观测数据和导航星历；
所述数据完整性检测模块用于对所述观测数据进行数据完整性分析，获得各基准站的数据完整性结果；
所述数据质量分析模块用于根据所述观测数据和所述导航星历进行各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估；
所述显示模块用于对各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估结果进行显示。
在本发明的一个实施例中，所述分布式卫星数据接收系统包括多个数据接收计算机，所述多个数据接收计算机中包括一个公共数据接收计算机和多个观测数据接收计算机，其中，所述公共数据接收计算机用于接收公共数据，所述公共数据为所有基准站的导航星历，所述多个观测数据接收计算机中的每个数据接收计算机分别用于根据设定的基准站清单与对应基准站建立连接并接收来自对应基准站的观测数据。
在本发明的一个实施例中，每个观测数据接收计算机上设置有配置文件设定模块、数据接收模块、数据处理模块和数据传输模块，其中，
所述配置文件设定模块中设定有通信配置文件和基准站配置文件，其中，所述通信配置文件中包括Ntrip服务端IP、端口、用户名和密码，所述基准站配置文件中包括待连接的基准站清单以及每个基准站需接收的观测数据类型；
所述数据接收模块用于根据设定的基准站清单，通过Ntrip协议与对应基准站建立连接，并接收相应类型的观测数据；
所述数据处理模块用于按照预设的存储规范，将所述观测数据进行数据处理，以形成具有唯一时间标志的文件格式；
所述数据传输模块用于将所述文件格式的观测数据上传至数据存储平台。
在本发明的一个实施例中，所述数据质量分析模块包括预设单元、观测数据质量分析单元以及广播星历精度评估单元，其中，
所述预设单元用于预先设定待分析的基准站清单和计算时间；
所述观测数据质量分析单元用于根据设定的时间间隔，在到达计算时刻获取预定基准站的观测数据进行当前基准站的卫星三频点多路径效应计算和对比、双频周跳探测和用户距离等效误差计算；
所述广播星历精度评估单元用于根据所述导航星历获得当前基准站的各卫星用户测距误差。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法，能够很好地对地基增强系统的各基准站点进行分析，及时生成站点运维日志，对站点数据质量有效分析，及时发现和改正站点运行问题，支撑地基增强系统数据的对外服务使用。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法的过程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基准站选择和数据处理过程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种双频实时周跳探测与修复过程的流程图；
图5是本发明实施例提供的一种URE的算法实现流程图；
图6是本发明实施例提供的一种UERE的算法实现流程图；
图7是本发明实施例提供的一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估系统的模块图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法和系统进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例一
请参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法的流程图，图2是本发明实施例提供的一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法的过程示意图。该事后数据质量评估方法包括：
S1：利用分布式卫星数据接收系统接收与北斗地基增强系统连接的所有基准站的观测数据和导航星历。
在本实施例中，所述分布式卫星数据接收系统包括多个数据接收计算机，所述多个数据接收计算机中包括一个公共数据接收计算机和多个观测数据接收计算机，其中，所述公共数据接收计算机用于接收公共数据，所述公共数据为所有基准站的导航星历，所述多个观测数据接收计算机中的每个数据接收计算机分别用于根据设定的基准站清单与对应基准站建立连接并接收来自对应基准站的观测数据。
具体地，对于所述公共数据，每个基准站点都是相同的，因此，在进行数据接收时，只需要公共数据接收计算机3从实时数据网络或任意基准站点接收该公共数据即可。
进一步地，每个观测数据接收计算机具体用于：
预先设定通信配置文件和基准站配置文件，其中，所述通信配置文件中包括Ntrip服务端IP、端口、用户名和密码，所述基准站配置文件中包括待连接的基准站清单以及每个基准站需接收的观测数据类型；根据设定的基准站清单，通过Ntrip协议与对应基准站建立连接，并接收相应类型的观测数据；按照预设的存储规范，将所述观测数据进行数据处理，以形成具有唯一时间标志的文件格式；将所述文件格式的观测数据上传至数据存储平台。
其中，根据设定的基准站清单，通过Ntrip协议与对应基准站建立连接，并接收相应类型的观测数据的步骤，具体包括：
读取通信配置文件和基准站点配置文件，并获取待接收数据的第一个基准站点；与所述第一个基准站点通过Ntrip协议建立连接并进行数据接收和数据处理；判断当前基准站点是否为所述基准站点配置文件中的最后一个基准站点，若否，则与下一个基准站点建立连接并进行数据接收和处理，若是，则数据接收完成。
每个观测数据接收计算机上设置的应用模块是相同的，而接收基准站点清单则不同，根据所需接收的基准站点数据量和数据接收计算机的性能，可以分配给每个接收计算机适当的站点。理论上，能够接收的基准站点数量是不受限制的。
需要说明的是，在数据接收计算机接收数据后存储文件时，为避免文件太大，需要分时段存储文件。而时段的长度，则视后续处理的频次。如1个小时处理一次，则可以1个小时存储1个文件；如果是30分钟处理一次，则需要30分钟存储1个文件。下面以1小时的时段，形成存储文件的规范：
对应每个基准站点的私有数据，每小时形成1个文件，时间依据接收内容中的时间确定(不是根据计算机时间确定)；应按照时间、站点名称形成目录和文件名，为后续获取数据提供方便；文件存储形式：存储的文件形式，需要能够按照日期、基准站点名称和小时找到对应的文件。
本实施例的分布式卫星数据接收系统具有良好的扩展性，能够根据接收卫星基准站点数据的实际需要，灵活配置站点，利用通用计算机，完成对卫星数据的接收。其扩展方法是：根据需要接收的卫星基准站点数量和每个基准站点的数据量，通过调整每个数据接收计算机的接收站点清单，以及增加或减少数据接收计算机的数量，满足任何数量的卫星基准站点数据接收。
所述多个数据接收计算机随后将各自接收的数据转化成具有唯一时间标志的文件格式后传输至位于北斗地基增强系统的数据存储平台进行存储。
S2：对所述观测数据进行数据完整性分析，获得各基准站的数据完整性结果。
进一步地，所述S2包括：
判断各基准站的观测数据是否为合格观测数据；获得各基准站的数据完整性数据：数据完整性＝实际合格观测值数目/理论观测值数目；当数据完整性结果低于设定阈值时，对基准站接收机及基准站环境进行检查和修复。
数据完整性是指在某段观测时段内，基准站接收机各频点所接收的卫星观测数据的完整性，数据完整性是衡量数据质量好坏的一项重要指标，是数据处理的前提。本实施例结合地基增强系统平台实际运行机制，在每天北京时间8点钟，系统启动统计数据完整性脚本，完成对各个基准站各个频点数据的完整性分析。
通常用实际合格观测值数目除以理论观测值数目表示数据完整性：数据完整性＝实际合格观测值数目/理论观测值数目，其中，合格是指包含预先设定的观测值类型，且观测值的信噪比(SNR)满足要求。在实际观测中，影响数据完整性主要有两个因素：基准站接收机性能和基准站环境，当观测文件的数据完整性低于80％时，需对基准站接收机进行检查以及对基准站环境进行勘察，找出影响该指标的因素，北斗地基增强系统参考站建站环境良好，则数据质量理论上相对较好。在本实施例中，观测值的信噪比阈值设定为28。
S3：根据所述观测数据和所述导航星历进行各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估。
如图2所示，本实施例的事后数据质量评估包含两个方法内容：观测数据质量分析与广播星历精度评估，其中，观测数据质量分析包含三系统(GPS/BDS/GLONASS系统)三频点多路径效应计算、周跳探测、UERE(Use equivalent range error、用户距离等效误差)计算，广播星历精度评估包含以GFZ精密星历为标准计算的URE(User Range Error，用户测距误差)和以iGMAS精密星历为标准计算的URE。
具体地，如图3所示，步骤S3包括：
S31：选择基准站，根据设定的时间间隔，在到达计算时刻时获取当前基准站的观测数据和导航星历。
S32：根据所述观测数据进行当前基准站的卫星三频点多路径效应计算和对比和双频周跳探测。
对于多路径效应来说，结合所述北斗地基增强系统运行需求，本实施例进行四个方面对比分析，主要包括：1)GPS/BDS/GLONASS不同系统多路径效应对比；2)不同基准站单系统多路径效应对比；3)不同接收机类型GPS/BDS/GLONASS卫星多路径效应对比；4)BDSGEO(地球同步轨道)/MEO(中轨道)/IGSO(倾斜地球同步轨道)卫星多路径效应对比分析。通过这四个方面的分析，可以从多方面有效得出当前各基准站点、各系统、各卫星类型、各接收机类型等维度下的多路径效应，从而有效判定数据质量，支撑地基增强系统的质量评估。
具体地，进行某一基准站的卫星三频点多路径效应计算的具体过程如下：
首先，从当前基准站的观测数据中获取当前卫星所有时刻三频点伪距与载波相位观测值，进行三频点多路径计算，公式如下：
其中，MP1、MP2、MP3分别为频点L1、L2、L3上的多路径效应值，R1、R2、R3分别为频点L1、L2、L3上的码伪距观测值，
和
分别为频点L1、L2、L3上的载波相位观测量，λ1、λ2、λ3分别为频点L1、L2、L3上的波长，α和β为与频点相关的系数，BP1、BP2和BP3均为硬件延迟和载波相位整周模糊度等系统偏差的总和，其计算公式为：
其中，f1、f2、f3分别为频点L1、L2、L3上的频率、N1、N2、N3分别为频点L1、L2、L3的模糊度，在不发生周跳的情况下BP1、BP2、BP3为常数，若要求出准确的多路径效应值与观测噪声，则必须准确求出整周模糊度，复杂度增加。因此，本实施例采用滑动窗口的方法求伪距多路径变化的幅值，即设定一个窗口长度，北斗地基增强系统参考站建站环境相对较好，同时根据不同卫星系统卫星的不同，窗口长度也因此有所不同，其中，GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)、GLONASS(格洛纳斯)卫星以及BDS(BeiDouNavigation Satellite System，北斗卫星导航系统)的MEO卫星窗口长度设为50个历元，BDS的IGSO卫星窗口长度设为60个历元，BDS的GEO卫星窗口长度设为80个历元，求出该窗口长度的平均多路径效应值MPi(i＝1、2、3)，用当前历元的平均多路径效应值减去滑动窗口长度平均多路径效应值MPi，消除BP1、BP2、BP3。
综上，根据上述过程即可获得不同卫星在不同基准站和不同卫星导航系统情况下的三频点多路径效应。随后即可进行上述四个方面对比分析，有效地从多方面得出当前各基准站点、各系统、各卫星类型、各接收机类型等维度下的多路径效应。
周跳比是指在某段观测时间范围内，实际观测历元总数与发生周跳历元个数之比，一般以如下公式进行表示：
周跳比(O/Slips)＝实际观测历元个数(obs)/发生周跳历元个数(slips)
准确探测出周跳是计算周跳比的关键，在实际数据处理过程中，先进行周跳探测，对产生周跳的时间点进行标记。在地基增强系统数据处理过程中，需要根据不同系统以及接收机分类计算和对比。
本实施例采用码伪距与相位伪距组合、电离层残差法以及MW组合法的联合方法进行双频周跳探测，联合探测方法的基本原则是，当共同探测到周跳探测时，任何其中一种方法探测得到，则此历元当前卫星存在周跳。如图4所示，具体原理和过程如下：
若省略若干误差项，基本观测方程为：
其中，
表示载波相位观测值，r和s表示接收机和卫星，P表示码伪距观测值，λ为波长，ΔIono为电离层误差，
表示星地几何距离，c为光速，
为钟差误差项(接收机钟和卫星钟各自相对于GPS时间的钟差之差)，N表示载波相位模糊度。
(A)构建码伪距与载波相位组合
对式(5)与式(6)增加频率下标相减可得
其中，等式右面消除了与时间相关的项(除电离层延迟项)。因此，码伪距与相位伪距的组合观测值也可作为周跳探测的检测量。将式(7)两式相减构成新组合方程，方程进行历元间求差，忽略历元间的电离层延迟，多路径效应，因此，此组合t时刻的周跳探测量
伪距测量值精度在分米级，载波相位测量值精度可达毫米级，因此伪距测量误差是影响该组合周跳探测和修复的主要因素，该检测量与噪声水平有关，本实施例采用了双频码伪距与相位伪距组合值，传统单频码伪距与相位伪距组合，根据上述的测距精度运用误差传播定律可得噪声水平大约在5周范围内，该噪声主要来源于测距码的噪声，另外也包含一部分电离层噪声，而采用双频组合后，噪声大大缩小，同时对小的周跳也能探测出，但是如果1、2频点同时发生相同的周跳，该方法无法检验出周跳。
(B)MW组合
MW组合是利用宽巷相位与窄巷伪距的差值组成组合观测值
其中，P1和P2分别表示频点L1、L2的码伪距观测值，λWL表示宽巷载波相位观测值波长，对于MW组合，对组合观测值Nσ从第一个历元至第i个历元的i个Nσ的均值<Nσ>i及方差
可采用下列递推公式：
其中，<Nσ>i为i个历元的模糊度互差Nσ的平均值；
为第i个历元的模糊度互差；
为i个历元的模糊度互差Nσ的方差。
如果探测第i个历元，先计算前面i-1个历元宽项模糊度
将其与预测值<Nσ>i进行比较。对式(9)进行历元间差分，有ΔNσ＝ΔN1-ΔN2，满足方程(12)：
则认为第i个历元的载波相位观测值中存在周跳，若不满足，则认为没有周跳。当出现周跳时，对该卫星重新进行初始化，重复上述过程。但是当两个频率出现等周跳时，该方法无法探测出周跳。本实施例综合考虑码伪距与相位伪距组合和MW组合采用前后两个历元差值作为检测量，因此该方法也采用前后历元组合值差值作为检测量与其他两种方法保持一致。MW组合具有较长波长，可以消除几何距离、大部分电离层延迟，因此能够有效探测出双频数据中包括不敏感周跳在内的所有周跳组合，但是如果1、2频点同时发生相同的周跳，该方法无法检验出周跳估值。
(C)电离层残差组合
该探测组合在不考虑其他误差，仅顾及电离层延迟残差，则在观测历元为t时刻载波相位观测值可表示为：
其中，b为与时间相关的电离层变量，将式(13)中的第一式乘f2，第二式乘f1，得到的两式相减后的公式两边除以f2可得：
对于正常的电离层条件，如果没有发生周跳，电离层残差随时间的变化是很小的。周跳就是在连续的电离层残差值中的突然跳变，剩下的问题就是要确定哪些频率上的观测值发生了周跳。
假设由周跳引起的模糊度变化量为ΔN1和ΔN2，如果在电离层残差组合中探测到ΔN周跳，实际过程中需要考虑到观测噪声的影响，相位观测值噪声的简化模型为
数值ΔN来自于两个连续的电离层残差，因而可以得到：
应用传播误差定律，得：
3σΔN误差大约相当于0.07周，这个值可以当成是ΔN。由此得到的ΔN和任意两个整数ΔN1和ΔN2得到的ΔN一定相差至少0.07周以上，才能实现分离，该方法只需要载波相位观测数据，对于4周以内的周跳可以有效探测并分离周跳值，但是该方法需要解决周跳解多值性问题。
综上，码伪距与相位伪距组合、MW组合和电离层残差组合均存在探测的不敏感性，且三种方法各自只能探测出周跳的位置却不能分离出周跳，因此根据3种线性无关的组合观测量联立方程组，可以解算1、2频点上分别产生的原始周跳值，三种组合探测的不敏感部分可相互补充，从而能更彻底地探测出ΔN1、ΔN2周跳值。本实施例对三种组合的模糊度估值赋予相同的权值，组建较为简单的周跳修复系数矩阵，可以极大简化计算过程，易于程序实现，将三种组合联合如下：
式(17)建立误差观测方程，然后通过最小二乘方法计算周跳值，对计算的周跳值进行四舍五入取整值，便可分离1、2频点的周跳，综合上述整体步骤，具体算法流程如图4所示。
S33：根据所述导航星历获得当前基准站的各卫星用户测距误差(URE)和用户距离等效误差(UERE)。
如图5所示，根据需要评估的广播星历，下载对应时间的精密星历，分别计算出广播星历和精密星历同一时刻的卫星坐标与钟差，将二者结果进行作差，分别带入各卫星导航系统计算URE公式，即可得到卫星该时刻的URE。
对于GPS/BDS/GLONASS三系统，GPS卫星导航定位系统由MEO卫星构成，则计算GPSURE的公式只有一个，GPS标准定位服务性能规范文件中给出GPS URE计算公式如下：
其中，c表示光速，R/A/C分别表示径向、切向、法向轨道误差，T表示钟差偏差。同理，GLONASS卫星导航定位系统也是由单一星座构成，计算该系统URE公式也只有一个，但目前GLONASS并未发布类似GPS标准定位服务性能规范文件，GLONASS系统的URE计算方法如下：
而BDS卫星导航定位系统则是由MEO/GEO/IGSO三种星座混合构成，不能简单使用一个公式计算URE，其计算公式如下：
计算得出三个系统的URE结果后，可以提出结果文件中每颗卫星的URE值，其他用户使用观测数据计算时，可以以此URE结果为指标进行判定，从而可以导航系统数据进行判定，从而可以更好地进行各类应用开发。
在计算UERE时，读取当天的广播星历文件，再读取观测文件历元信息，读取完毕后计算UERE，最后输出UERE结果，判断观测历元是否全部计算完成，若是，则退出计算，若否，则读取当前观测历元的时标信息进行计算并输出结果，具体流程如图6所示，具体公式如下
其中，r表示接收机到卫星的伪距测量值，M表示计算得出接收机与卫星之间的站星距，c表示光速，dtr、dts分别表示接收机钟差、卫星钟差；DDtrop表示对流层延迟，DDion表示电离层延迟，DDrel表示对流层延迟，
表示接收机天线相关改正；
接收机天线相关改正；DDtide表示潮汐改正。
每个历元计算UERE时，首先，通过连续7天的观测数据对北斗地基增强系统下的各个基准站坐标进行精确标定，从而可以消除基准站位置而带来的影响。另外，因为考虑到使用单点定位解算接收机钟差时，需要对各类误差进行建模同时还要进行相关矩阵计算，这样大大加大了算法的复杂性，因此，本实施例采用该历元下所有卫星的残差求均值的方法代替钟差，这样可以最终得到精确的等效距离误差。
S4：对各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估结果进行存储和显示。
本实施例的事后数据质量评估方法，软件运行后，选择基准站某一天的数据，计算该基准站数据质量分析指标，并在软件界面可选择性查看指定卫星导航系统指定卫星的相关数据质量分析结果，将该结果保存为文本文件的同时，通过发布服务器，将结果送至前端显示。
本实施例基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法，能够很好地对地基增强系统的各基准站点进行分析，及时生成站点运维日志，对站点数据质量有效分析，及时发现和改正站点运行问题，支撑地基增强系统数据的对外服务使用。
实施例二
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估系统，如图7所示，该事后数据质量评估系统包括数据接收模块1、数据完整性检测模块2、数据质量分析模块3和显示模块4。数据接收模块1用于利用分布式卫星数据接收系统接收与北斗地基增强系统连接的所有基准站的观测数据和导航星历。
具体地，所述分布式卫星数据接收系统包括多个数据接收计算机，所述多个数据接收计算机中包括一个公共数据接收计算机和多个观测数据接收计算机，其中，所述公共数据接收计算机用于接收公共数据，所述公共数据为所有基准站的导航星历，所述多个观测数据接收计算机中的每个数据接收计算机分别用于根据设定的基准站清单与对应基准站建立连接并接收来自对应基准站的观测数据。
进一步地，每个观测数据接收计算机上设置有配置文件设定模块、数据接收模块、数据处理模块和数据传输模块，其中，所述配置文件设定模块中设定有通信配置文件和基准站配置文件，其中，所述通信配置文件中包括Ntrip服务端IP、端口、用户名和密码，所述基准站配置文件中包括待连接的基准站清单以及每个基准站需接收的观测数据类型；所述数据接收模块用于根据设定的基准站清单，通过Ntrip协议与对应基准站建立连接，并接收相应类型的观测数据；所述数据处理模块用于按照预设的存储规范，将所述观测数据进行数据处理，以形成具有唯一时间标志的文件格式；所述数据传输模块用于将所述文件格式的观测数据上传至数据存储平台。
每个观测数据接收计算机上设置的应用模块是相同的，而接收基准站点清单则不同，根据所需接收的基准站点数据量和数据接收计算机的性能，可以分配给每个接收计算机适当的站点。理论上，能够接收的基准站点数量是不受限制的。本实施例的分布式卫星数据接收系统具有良好的扩展性，能够根据接收卫星基准站点数据的实际需要，灵活配置站点，利用通用计算机，完成对卫星数据的接收。
数据完整性检测模块2用于对所述观测数据进行数据完整性分析，获得各基准站的数据完整性结果。
具体地，判断各基准站的观测数据是否为合格观测数据；获得各基准站的数据完整性数据：数据完整性＝实际合格观测值数目/理论观测值数目；当数据完整性结果低于设定阈值时，对基准站接收机及基准站环境进行检查和修复。
数据质量分析模块3用于根据所述观测数据和所述导航星历进行各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估。
本实施例的事后数据质量评估包含两个方法内容：观测数据质量分析与广播星历精度评估，其中，观测数据质量分析包含三系统(GPS/BDS/GLONASS系统)三频点多路径效应计算、周跳探测、UERE(Use equivalent range error、用户距离等效误差)计算，广播星历精度评估包含以GFZ精密星历为标准计算的URE(User Range Error，用户测距误差)和以iGMAS精密星历为标准计算的URE。具体计算和数据处理过程请参见实施例一，这里不再赘述。
具体地，本实施例的数据质量分析模块3包括预设单元、观测数据质量分析单元以及广播星历精度评估单元，其中，所述预设单元用于预先设定待分析的基准站清单和计算时间；所述观测数据质量分析单元用于根据设定的时间间隔，在到达计算时刻获取预定基准站的观测数据进行当前基准站的卫星三频点多路径效应计算和对比和双频周跳探测；所述广播星历精度评估单元用于根据所述导航星历获得当前基准站的各卫星用户测距误差和用户距离等效误差计算。
显示模块4用于对各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估结果进行显示。
在本实施例中，在软件运行后，选择基准站某一天的数据，计算该基准站数据质量分析指标，并在显示模块4的软件界面可选择性查看指定卫星导航系统指定卫星的相关数据质量分析结果，将该结果保存为文本文件的同时，通过发布服务器，将结果送至前端显示。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法，其特征在于，包括：
S1：利用分布式卫星数据接收系统接收与北斗地基增强系统连接的所有基准站的观测数据和导航星历；
S2：对所述观测数据进行数据完整性分析，获得各基准站的数据完整性结果；
S3：根据所述观测数据和所述导航星历进行各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估；
S4：对各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估结果进行存储和显示。
2.根据权利要求1所述的基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法，其特征在于，所述分布式卫星数据接收系统包括多个数据接收计算机，所述多个数据接收计算机中包括一个公共数据接收计算机和多个观测数据接收计算机，其中，所述公共数据接收计算机用于接收公共数据，所述公共数据为所有基准站的导航星历，所述多个观测数据接收计算机中的每个数据接收计算机分别用于根据设定的基准站清单与对应基准站建立连接并接收来自对应基准站的观测数据。
3.根据权利要求2所述的基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法，其特征在于，每个观测数据接收计算机具体用于：
预先设定通信配置文件和基准站配置文件，其中，所述通信配置文件中包括Ntrip服务端IP、端口、用户名和密码，所述基准站配置文件中包括待连接的基准站清单以及每个基准站需接收的观测数据类型；
根据设定的基准站清单，通过Ntrip协议与对应基准站建立连接，并接收相应类型的观测数据；
按照预设的存储规范，将所述观测数据进行数据处理，以形成具有唯一时间标志的文件格式；
将所述文件格式的观测数据上传至数据存储平台。
4.根据权利要求1所述的基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法，其特征在于，所述S2包括：
S21：判断各基准站的观测数据是否为合格观测数据，所述合格观测数据为包含预先设定的观测数据类型且观测数据信噪比满足要求的观测数据；
S22：获得各基准站的数据完整性数据：数据完整性＝实际合格观测值数目/理论观测值数目；
S23：当数据完整性结果低于设定阈值时，对基准站接收机及基准站环境进行检查和修复。
5.根据权利要求1所述的基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法，其特征在于，所述S3包括：
S31：选择基准站，根据设定的时间间隔，在到达计算时刻时获取当前基准站的观测数据和导航星历；
S32：根据所述观测数据进行当前基准站的卫星三频点多路径效应计算和对比和双频周跳探测；
S33：根据所述导航星历获得当前基准站的各卫星用户测距误差和用户距离等效误差。
6.根据权利要求5所述的基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估方法，其特征在于，所述S32包括：
S321：分别进行GPS/BDS/GLONASS系统多路径效应对比、不同基准站单系统多路径效应对比、不同接收机类型GPS/BDS/GLONASS卫星多路径效应对比以及BDS系统GEO/MEO/IGSO卫星多路径效应对比分析；
S322：采用码伪距与相位伪距组合、电离层残差法以及MW组合法的联合方法进行双频周跳探测。
7.一种基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估系统，其特征在于，包括数据接收模块、数据完整性检测模块、数据质量分析模块和显示模块，其中，
所述数据接收模块用于利用分布式卫星数据接收系统接收与北斗地基增强系统连接的所有基准站的观测数据和导航星历；
所述数据完整性检测模块用于对所述观测数据进行数据完整性分析，获得各基准站的数据完整性结果；
所述数据质量分析模块用于根据所述观测数据和所述导航星历进行各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估；
所述显示模块用于对各基准站的观测数据质量分析和广播星历精度评估结果进行显示。
8.根据权利要求7所述的基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估系统，其特征在于，所述分布式卫星数据接收系统包括多个数据接收计算机，所述多个数据接收计算机中包括一个公共数据接收计算机和多个观测数据接收计算机，其中，所述公共数据接收计算机用于接收公共数据，所述公共数据为所有基准站的导航星历，所述多个观测数据接收计算机中的每个数据接收计算机分别用于根据设定的基准站清单与对应基准站建立连接并接收来自对应基准站的观测数据。
9.根据权利要求8所述的基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估系统，其特征在于，每个观测数据接收计算机上设置有配置文件设定模块、数据接收模块、数据处理模块和数据传输模块，其中，
所述配置文件设定模块中设定有通信配置文件和基准站配置文件，其中，所述通信配置文件中包括Ntrip服务端IP、端口、用户名和密码，所述基准站配置文件中包括待连接的基准站清单以及每个基准站需接收的观测数据类型；
所述数据接收模块用于根据设定的基准站清单，通过Ntrip协议与对应基准站建立连接，并接收相应类型的观测数据；
所述数据处理模块用于按照预设的存储规范，将所述观测数据进行数据处理，以形成具有唯一时间标志的文件格式；
所述数据传输模块用于将所述文件格式的观测数据上传至数据存储平台。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的基于北斗地基增强系统的事后数据质量评估系统，其特征在于，所述数据质量分析模块包括预设单元、观测数据质量分析单元以及广播星历精度评估单元，其中，
所述预设单元用于预先设定待分析的基准站清单和计算时间；
所述观测数据质量分析单元用于根据设定的时间间隔，在到达计算时刻获取预定基准站的观测数据进行当前基准站的卫星三频点多路径效应计算和对比、双频周跳探测和用户距离等效误差计算；
所述广播星历精度评估单元用于根据所述导航星历获得当前基准站的各卫星用户测距误差。
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|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114594507A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-06-07 | 长安大学 | 一种融合K-means和KNN的GNSS数据质量综合评估方法 |
| CN115220070A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-10-21 | 国网思极位置服务有限公司 | 一种gnss基准站运行状态监控系统 |
| CN115357576A (zh) * | 2022-10-08 | 2022-11-18 | 北京航天驭星科技有限公司 | 星历数据的可靠性评估方法和评估装置 |
| CN116346205A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-06-27 | 北京讯腾智慧科技股份有限公司 | 一种卫星导航定位基准站数据传输系统及方法 |
| CN117148398A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-01 | 中国测绘科学研究院 | 一种两网融合的测站分布几何构型评估方法、系统及设备 |
| CN117335899A (zh) * | 2023-10-09 | 2024-01-02 | 中国人民解放军32021部队 | 一种北斗星基增强服务降效程度评估方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3196673A1 (en) * | 2016-01-21 | 2017-07-26 | Honeywell International Inc. | Using space based augmentation system (sbas) ephemeris sigma information to reduce ground based augmentation systems (gbas) ephemeris decorrelation parameter |
| CN110798256A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-14 | 交通运输部长江通信管理局 | 一种覆盖长江干线的北斗地基增强系统及构建方法 |
| CN111308504A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-06-19 | 中国科学院国家授时中心 | 一种基于相位观测值实时探测北斗卫星轨道机动的方法 |
| WO2021237804A1 (zh) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | 湖南联智科技股份有限公司 | 基于北斗高精度定位的基础设施结构变形监测方法 |
-
2021
- 2021-12-07 CN CN202111512280.0A patent/CN114355418A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3196673A1 (en) * | 2016-01-21 | 2017-07-26 | Honeywell International Inc. | Using space based augmentation system (sbas) ephemeris sigma information to reduce ground based augmentation systems (gbas) ephemeris decorrelation parameter |
| CN110798256A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-14 | 交通运输部长江通信管理局 | 一种覆盖长江干线的北斗地基增强系统及构建方法 |
| CN111308504A (zh) * | 2019-11-26 | 2020-06-19 | 中国科学院国家授时中心 | 一种基于相位观测值实时探测北斗卫星轨道机动的方法 |
| WO2021237804A1 (zh) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | 湖南联智科技股份有限公司 | 基于北斗高精度定位的基础设施结构变形监测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 肖秋龙: "北斗地基增强系统GNSS数据质量分析算法研究与软件实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
| 邓钊: "基于云存储的数据管理软件的研究与实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114594507A (zh) * | 2022-05-11 | 2022-06-07 | 长安大学 | 一种融合K-means和KNN的GNSS数据质量综合评估方法 |
| CN114594507B (zh) * | 2022-05-11 | 2022-07-29 | 长安大学 | 一种融合K-means和KNN的GNSS数据质量综合评估方法 |
| CN115220070A (zh) * | 2022-07-28 | 2022-10-21 | 国网思极位置服务有限公司 | 一种gnss基准站运行状态监控系统 |
| CN115220070B (zh) * | 2022-07-28 | 2024-01-09 | 国网思极位置服务有限公司 | 一种gnss基准站运行状态监控系统 |
| CN115357576A (zh) * | 2022-10-08 | 2022-11-18 | 北京航天驭星科技有限公司 | 星历数据的可靠性评估方法和评估装置 |
| CN115357576B (zh) * | 2022-10-08 | 2023-02-07 | 北京航天驭星科技有限公司 | 星历数据的可靠性评估方法和评估装置 |
| CN116346205A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-06-27 | 北京讯腾智慧科技股份有限公司 | 一种卫星导航定位基准站数据传输系统及方法 |
| CN116346205B (zh) * | 2023-03-28 | 2023-10-24 | 北京讯腾智慧科技股份有限公司 | 一种卫星导航定位基准站数据传输系统及方法 |
| CN117335899A (zh) * | 2023-10-09 | 2024-01-02 | 中国人民解放军32021部队 | 一种北斗星基增强服务降效程度评估方法 |
| CN117335899B (zh) * | 2023-10-09 | 2024-04-19 | 中国人民解放军32021部队 | 一种北斗星基增强服务降效程度评估方法 |
| CN117148398A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-01 | 中国测绘科学研究院 | 一种两网融合的测站分布几何构型评估方法、系统及设备 |
| CN117148398B (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-29 | 中国测绘科学研究院 | 一种两网融合的测站分布几何构型评估方法、系统及设备 |
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