CN115201864A - 一种检测卫星钟差跳变的方法、装置、存储介质及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种检测卫星钟差跳变的方法、装置、存储介质及设备；所述方法包括：获取当前历元的卫星钟差数据；进行检测步骤；所述检测步骤包括：基于所述卫星钟差数据判断卫星的观测历元计数是否符合设定条件；当卫星的观测历元计数符合设定条件时，获取卫星处于当前观测历元计数时的历元间二次差检验值；以所述二次差检验值为依据判断所述卫星钟差数据是否存在钟跳或粗差；输出检测结果。本发明用以改善现有的钟差跳变方法对于粗差的探测精度不高的问题。

Description

一种检测卫星钟差跳变的方法、装置、存储介质及设备
技术领域
本发明涉及卫星钟差检测领域，具体涉及一种检测卫星钟差跳变的方法、装置、存储介质及设备。
背景技术
在利用全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)进行高精度定位时，精密单点定位(Precise Point Positioning，PPP)技术具有定位精度高，数据采集方便，数据处理简单等优点，成为近年来高精度定位服务的重要手段。PPP技术是指利用实时或者事后解算的高精度卫星星历和钟差产品，通过模型改正、参数估计、随机模型控制等方法实现各项误差的精确改正，并利用伪距和相位观测值进行定位解算，实现单站高精度绝对定位的方法。其中，高精度、准确的卫星钟差产品是卫星导航定位的基础，是PPP技术得到高精度定位结果的保障。因为在GNSS导航定位中，是依据卫星信号的传播时间来确定卫星到接收机的距离的，由于信号的传播速度为光速，纳秒级的钟误差引起的测量误差至少为几十厘米，所以在高精度定位中，需要消除钟误差。
然而在钟误差的处理过程中如果不能妥善处理卫星钟差数据中出现的异常值，将会严重影响卫星钟特性分析、钟差预报精度以及定位结果的精度，因此，卫星钟差数据的预处理是卫星钟稳定性分析、钟差预报以及实现高精度定位的前提和基础，从而使得卫星钟差异常数据的探测变得尤为重要。但是现有的卫星钟差异常数据的探测方法探测的结果与精度并不准确。
发明内容
鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种检测卫星钟差跳变的方法、装置、存储介质及设备，以改善现有的钟差跳变方法对于粗差的探测精度不高的问题。
为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种检测卫星钟差跳变的方法，包括：
获取当前历元的卫星钟差数据；
进行检测步骤；
所述检测步骤包括：
基于所述卫星钟差数据判断卫星的观测历元计数是否符合设定条件；
当卫星的观测历元计数符合设定条件时，获取卫星处于当前观测历元计数时的历元间二次差检验值；
以所述二次差检验值为依据判断所述卫星钟差数据是否存在钟跳或粗差；
输出检测结果。
在本发明一实施方式中，判断卫星的观测历元计数是否符合设定条件的步骤包括：判断卫星是否为首历元观测卫星，若是，则将卫星的历元观测计数设置为1，若不是，则将卫星的历元观测计数加1，判断所述历元观测计数是否大于等于计数阈值。
在本发明一实施方式中，以所述二次差检验值为依据判断所述卫星钟差数据是否存在钟跳或粗差包括：判断所述二次差检验值是否大于检验阈值，若是，则所述卫星钟差数据中存在钟跳或粗差并标记。
在本发明一实施方式中，所述检验阈值是以卫星的钟差精度的N倍为依据设定的，所述N为大于等于2小于10的整数。
在本发明一实施方式中，获取当前历元的卫星钟差数据包括：获取当前历元的全部卫星的卫星钟差数据。
在本发明一实施方式中，全部卫星同时进行进入检测步骤。
在本发明一实施方式中，全部卫星逐颗进入检测步骤。
本发明还提供一种检测卫星钟差跳变的装置，包括：获取单元及处理单元，其中，获取单元获取当前历元的卫星钟差数据；处理单元用于进行检测步骤；所述处理单元包括：判断模块、计算模块、检测模块以及输出模块；所述判断模块用于判断卫星的观测历元计数是否符合设定条件；计算模块用于当卫星的观测历元计数符合设定条件时，获取卫星处于当前观测历元计数时的历元间二次差检验值；检测模块用于以所述二次差检验值为依据判断所述卫星钟差数据是否存在钟跳或粗差；输出模块用于输出检测结果。
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行所述的检测卫星钟差跳变的方法。
本发明还提供一种设备，包括：一个或多个处理器以及存储装置；存储装置用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现所述的检测卫星钟差跳变的方法。
本发明检测卫星钟差跳变的方法，历元间二次差检验值反映卫星钟差历元间变化的特征，因此二次差检验值可以十分敏锐的探测出较大的粗差和钟跳，同时二次差检验值只需要临近几个历元的卫星钟差数据进行作差就可以得到，因此二次差的计算方便、占用资源少。所以，本发明检测卫星钟差跳变的方法能有效解决现有的检测方法探测粗差精度不高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为粗差和钟跳的示意图；
图2为检测卫星钟差跳变的方法的流程示意图；
图3为检测卫星钟差跳变的方法的装置示意图。
元件标号说明
100、获取单元；200、处理单元；201、判断模块；202、计算模块；203、检测模块；204、输出模块。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
保证卫星钟差产品的准确性是实现高精度定位的基础，因此，是否能够准确和快速的探测出卫星钟差数据的异常值是卫星钟差预处理的重要问题，也是高精度定位的重要环节。
卫星钟差数据的异常值主要包括粗差和钟跳，如下图1所示：
如图1所示，卫星钟差在较短的时间尺度上呈现线性关系，粗差和钟跳的出现都会破坏原有的线性关系，所以钟差质量检测要解决的就是如何判断识别出这种异常值，避免其影响钟差的使用。
由于受到卫星钟、卫星收发设备、地面钟、地面收发设备、信号路径以及解算软件等众多因素影响，卫星钟差数据可能会出现粗差或钟跳。目前，国内外学者针对卫星钟差的粗差和钟跳探测的方法主要有：
1.如果卫星钟差数据序列符合正态分布，则可用最小二乘估计的方法计算时间序列的均值以及方差，并在此基础上基于统计的方法进行粗差探测，然而，实际的钟差数据不是独立的观测量，不满足正态分布的假设条件，除此之外，还可能存在较大的粗差数据，使得时间序列的均值与数据的期望值相差较大，影响粗差探测的效果；
2.对钟差数据进行历元单差，以单差序列的10倍中位数参数为阈值，利用单个粗差使单差序列相应历元形成正负两个粗大值，而单个钟跳使单差序列相应历元形成一个粗大值的特点，同时探测钟跳和剔除粗差，但该方法未考虑实际情况下卫星钟差多个粗差连续出现以及钟跳邻近历元出现粗差的情况，且该算法难以探测小粗差。
但是在现有的卫星钟差探测方法中，仍然存在不足之处。
其一，计算方法和使用步骤复杂，如上述第一种方法，使用最小二乘估计的方法计算时间序列的均值以及方差，这种方法需要存储一段时间序列的钟差数据，多个卫星则需要几十甚至上百倍的存储空间，最小二乘则需要运用到矩阵运算，计算复杂且使用起来并不方便快捷，除此之外，较大的粗差还会影响到整体的均值与方差，不利于钟差异常值的探测；
其二，阈值设定过大，无法检测小粗差和钟跳异常，如上述第二种方法中的阈值设置为十倍中误差，阈值较大，只能识别钟差数据中出现的大粗差；
其三，无法识别连续粗差和钟跳临近历元出现粗差，如上述第二种方法的历元单差方法，通过相近两个历元作差形成粗大值进行探测，若连续两个历元出现等值粗差，该方法将失效。
请参阅图2，本发明提供一种检测卫星钟差跳变的方法，包括：
获取当前历元的卫星钟差数据；在此步骤中可以获取当前历元的全部卫星的卫星钟差数据。钟差数据包括钟差序列。卫星钟差数据可以通过相关设备上下载后输入至检测装置中的，也可以是在线直接读取相关数据流进行获取。
全部卫星同时进行进入检测步骤或全部卫星逐颗进入检测步骤，所述检测步骤包括：
基于所述卫星钟差数据判断卫星的观测历元计数是否符合设定条件。本步骤包括：判断卫星是否为首历元观测卫星，若是，则将卫星的历元观测计数设置为1，若不是，则将卫星的历元观测计数加1，判断所述历元观测计数是否大于等于计数阈值，所述计数阈值可以为3。
若第i颗卫星为首历元观测的，则意味着没有前面历元的钟差数据，因此无法构造历元间的二次差检验值，也无法对其钟差质量进行检测，所以将其观测历元计数counti置为1；若第i颗卫星不是首历元观测，则对其观测历元计数counti加1。
当卫星的观测历元计数符合设定条件时(例如counti≥3时)，获取卫星处于当前观测历元计数时的历元间二次差检验值；二次差检验值的计算公式为：
Figure BDA0003744820220000061
其中，
Figure BDA0003744820220000062
为观测历元计数为k时的i卫星的历元间二次差检验值；dt为卫星钟差数据；上标k、k-1、k-2分别代表观测历元计数为k的时刻，观测历元计数为k-1的时刻和观测历元计数为k-2的时刻，下标i表示卫星的编号，即第i颗卫星，i与k的取值均为正整数。
当卫星的观测历元计数小于计数阈值时，则将当前观测历元计数存储。
由于卫星钟差序列与时间序列线性相关，历元单差可以反映出卫星钟差在历元间的变化，而历元间二次差检测值则可以反映卫星钟差历元间变化的特征。所以二次差可以十分敏锐的探测出较大的粗差和钟跳。同时由于二次差反映的是钟差变化率，因此针对二次差检验值可以设定更加严苛的阈值，可以更好的探测出较小的钟跳和粗差。而且二次差检验值只需要临近几个历元的卫星钟差数据进行作差就可以得到，计算方便，占用资源较少。因此，本发明检测卫星钟差跳变的方法对于单粗差/多粗差/钟跳等场景下的钟差异常值都有较好的检测效果。
以所述二次差检验值为依据判断所述卫星钟差数据是否存在钟跳或粗差。本步骤包括：判断所述二次差检验值是否大于检验阈值，若是，则所述卫星钟差数据中存在钟跳或粗差并标记。所述检验阈值是以卫星的钟差精度的N倍以及卫星信号的传播速度为依据设定的，例如卫星的钟差精度的N倍乘以卫星信号的传播速度。所述N为大于等于2小于10的整数。例如N为3，钟差精度为0.1纳秒，检验阈值等于0.3纳秒乘以卫星信号传播速度，约等于0.1米(此时，检验阈值可以设定为0.1米)，将检验阈值设置为精度的个位数倍能有效检测出小的粗差，提高粗差的检验精度。
输出检测结果，检测结果为被标记的卫星钟差序列或未被标记的卫星钟差序列，标记的卫星钟差序列表示该钟差序列存在钟跳或粗差，未被标记的卫星钟差序列则表示该钟差序列不存在钟跳或粗差。
对探测出的异常值(即存在钟跳或粗差)的卫星钟差序列可以根据实际需求进行剔除或者修复的后续处理。
本发明检测卫星钟差跳变的方法，首先判断卫星是否连续观测，然后存储所有连续观测卫星的历史卫星钟差数据，最后通过构造历元间二次差检验值来进行钟跳或者粗差的探测。通过构造二次差检验值的方法可以提高计算效率和探测较小的钟跳及粗差，从而提高卫星钟差的质量。
请参阅图3，本发明还提供一种检测卫星钟差跳变的装置，包括：获取单元100及处理单元200，其中，获取单元100获取当前历元的卫星钟差数据；处理单元200用于进行检测步骤；所述处理单元200包括：判断模块201、计算模块202、检测模块203以及输出模块204；所述判断模块201用于判断卫星的观测历元计数是否符合设定条件；计算模块202用于当卫星的观测历元计数符合设定条件时，获取卫星处于当前观测历元计数时的历元间二次差；检测模块203用于以所述二次差为依据判断所述卫星钟差数据是否存在钟跳或粗差；输出模块204用于输出检测结果。
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行所述的检测卫星钟差跳变的方法。
本发明还提供一种设备，包括：一个或多个处理器以及存储装置；存储装置用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现所述的检测卫星钟差跳变的方法。
本发明具有以下优点：
(1)构造的二次差检验值更能反映卫星钟差的变化。利用历元单差方法构造的检验值序列为时间相关的线性函数，较小的异常值在序列中并不明显，而在历元单差的基础上再作差得到的二次差检验值序列反映出了卫星钟差序列的变化率，较小的异常值会被放大，更利于识别。
(2)检验阈值更加严谨和合理。二次差的检验阈值相比于单差方法所设置的十倍中误差，大大地减小，由于精密钟差产品的精度约为0.1纳秒，该方案将阈值设置为0.3纳秒(约为0.1米)，所以三倍于钟差精度的阈值对于卫星钟差数据中出现的小粗差和钟跳有更好的探测效果。
(3)适用于卫星钟差多个粗差连续出现以及钟跳邻近历元出现粗差的情况。由于构造的二次差检验值反映了钟差变化率，可以敏锐的检测出这两种情况下的异常值。
所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种检测卫星钟差跳变的方法，其特征在于，包括：
获取当前历元的卫星钟差数据；
进行检测步骤；
所述检测步骤包括：
基于所述卫星钟差数据判断卫星的观测历元计数是否符合设定条件；
当卫星的观测历元计数符合设定条件时，获取卫星处于当前观测历元计数时的历元间二次差检验值；
以所述二次差检验值为依据判断所述卫星钟差数据是否存在钟跳或粗差；
输出检测结果。
2.根据权利要求1所述的检测卫星钟差跳变的方法，其特征在于，判断卫星的观测历元计数是否符合设定条件的步骤包括：判断卫星是否为首历元观测卫星，若是，则将卫星的历元观测计数设置为1，若不是，则将卫星的历元观测计数加1，判断所述历元观测计数是否大于等于计数阈值。
3.根据权利要求1所述的检测卫星钟差跳变的方法，其特征在于，以所述二次差检验值为依据判断所述卫星钟差数据是否存在钟跳或粗差包括：判断所述二次差检验值是否大于检验阈值，若是，则所述卫星钟差数据中存在钟跳或粗差并标记。
4.根据权利要求3所述的检测卫星钟差跳变的方法，其特征在于，所述检验阈值是以卫星的钟差精度的N倍为依据设定的，所述N为大于等于2小于10的整数。
5.根据权利要求1所述的检测卫星钟差跳变的方法，其特征在于，获取当前历元的卫星钟差数据包括：获取当前历元的全部卫星的卫星钟差数据。
6.根据权利要求5所述的检测卫星钟差跳变的方法，其特征在于，全部卫星同时进行进入检测步骤。
7.根据权利要求5所述的检测卫星钟差跳变的方法，其特征在于，全部卫星逐颗进入检测步骤。
8.一种检测卫星钟差跳变的装置，其特征在于，包括：
获取单元，获取当前历元的卫星钟差数据；
处理单元，用于进行检测步骤；
所述处理单元包括：
判断模块，判断卫星的观测历元计数是否符合设定条件；
计算模块，用于当卫星的观测历元计数符合设定条件时，获取卫星处于当前观测历元计数时的历元间二次差检验值；
检测模块，用于以所述二次差检验值为依据判断所述卫星钟差数据是否存在钟跳或粗差；
输出模块，用于输出检测结果。
9.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行权利要求1至7中任一项所述的检测卫星钟差跳变的方法。
10.一种设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如权利要求1至7中任一项所述的检测卫星钟差跳变的方法。
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