CN118068370A - Gnss卫星信号验核方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

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CN118068370A CN202311852648.7A CN202311852648A CN118068370A CN 118068370 A CN118068370 A CN 118068370A CN 202311852648 A CN202311852648 A CN 202311852648A CN 118068370 A CN118068370 A CN 118068370A
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Abstract

本申请公开了一种GNSS卫星信号验核方法、装置、电子设备和存储介质，方法包括：获取所述GNSS中目标卫星的待检测广播星历；根据所述待检测广播星历确定所述目标卫星的健康状态为健康时，判断所述待检测广播星历是否正常；响应于所述待检测广播星历正常，对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果。如此，能够提高GNSS卫星信号验核的准确性，从而可为实时导航、定位和授时应用的终端或服务端提供稳定、可靠的服务。

Description

GNSS卫星信号验核方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及及卫星技术领域，特别是涉及一种GNSS卫星信号验核方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
GNSS(Global Navigation Satellite System)广播星历是由各卫星导航系统地面运行控制系统生成并上注给卫星的，由卫星实时播发给用户，为用户提供位置和时间基准，从而为用户提供导航、定位和授时服务。当前实时导航定位技术包括RTK(Real-timekinematic)、NRTK(network real-time kinematic positioning)、PPP(precise pointpositioning)、PPP-AR(precise point positioning-ambiguity resolution)和PPP-RTK技术等。上述技术在实现的过程中可以分为服务端和用户端两部分组成，服务端利用GNSS地面站网实时数据计算高精度的GNSS改正产品，通过多种通信手段将GNSS改正产品播发给用户端。而用户端则根据GNSS广播信号和接收的GNSS改正产品实现高精度的导航、定位和授时应用。因此上述技术在实时应用的过程中均是基于GNSS广播星历和GNSS观测信号为基础展开的。然而实时应用可能遇到一些异常信号的情况发生，这些情况可能包括：(1)由GNSS卫星导航系统地面运控系统的原因导致GNSS广播星历本身的异常；(2)由于卫星在复杂的太空环境下时间频率控制系统发生故障，此时GNSS广播轨道参数是正常的但时频信号异常导致GNSS信号不准；(3)还有的部分接收机端受环境或接收机软硬件的影响，接收到的GNSS广播星历解码后与实际卫星播发的不同，虽然接收机解码过程中数据通过了各种检验，但其错误的数据导致基于广播星历参数计算的卫星位置和钟差与实际存在偏差。
发明内容
本申请的目的在于提供一种GNSS卫星信号验核方法、装置、电子设备和存储介质，能够提高GNSS卫星信号验核的准确性，从而为实时导航、定位和授时应用提供稳定、可靠的服务。
为达到上述目的：
第一方面，本申请实施例提供了一种GNSS卫星信号验核方法，包括：
获取所述GNSS中目标卫星的待检测广播星历；
根据所述待检测广播星历确定所述目标卫星的健康状态为健康时，判断所述待检测广播星历是否正常；
响应于所述待检测广播星历正常，对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果。
在一实施方式中，所述判断所述待检测广播星历是否正常，包括：
对所述待检测广播星历进行解码，获得对应的开普勒根数；
在确定所述开普勒根数中的参数值分别处于对应的预设参数范围中时，确定所述待检测广播星历正常；所述开普勒根数包括轨道长半轴、GLONASS频率信道、轨道倾角、钟差OA项。
在一实施方式中，所述对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：
计算所述目标卫星在参考站的伪距残差；
根据所述伪距残差对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果；
所述伪距残差的计算方法如下：
其中，为所述目标卫星的伪距残差，式中上标s和下标r分别代表卫星和接收机；上标G表示卫星系统；c表示光速；/>表示伪距观测值；/>为卫星和测站之间的几何距离；δts和δtr分别为卫星端和接收机端的钟差；/>表示卫星信号传播路径上的对流层延迟；I表示信号传播路径上的电离层延迟；dr和ds分别表示接收机和卫星端的伪距硬件延迟；εP表示伪距观测量的噪声等未模型化的误差。
在一实施方式中，在所述方法应用于用户端时，所述根据所述伪距残差对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：
判断所述伪距残差是否大于预设残差阈值；
在所述伪距残差不大于所述预设残差阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
在一实施方式中，在所述方法应用于服务端时，所述根据所述伪距残差对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：
根据所述目标卫星在预设数量的参考站的伪距残差，统计目标参考站的站点数量与所述预设数量的比例；所述目标参考站为所述伪距残差不大于所述残差阈值的参考站；
在所述比例大于预设比例阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
在一实施方式中，所述对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：
检测所述待检测广播星历和本地当前使用的广播星历是否一致；
在所述待检测广播星历与所述本地当前使用的广播星历不一致时，检测所述待检测广播星历与内存池中存储的广播星历之间是否满足预设条件；
若是，确定所述GNSS卫星信号正常。
在一实施方式中，所述对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：
计算所述待检测广播星历在衔接点的空间测距误差；
比较所述空间信号测距误差的计算值与误差阈值，在所述空间信号测距误差小于或等于预设误差阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
第二方面，本发明提供了一种GNSS卫星信号验核装置，包括：
获取模块，用于获取所述GNSS中目标卫星的待检测广播星历；
判断模块，用于根据所述待检测广播星历确定所述目标卫星的健康状态为健康时，判断所述待检测广播星历是否正常；
验核模块，用于响应于所述待检测广播星历正常，对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果。
在一实施方式中，所述判断模块，具体用于：
对所述待检测广播星历进行解码，获得对应的开普勒根数；
在确定所述开普勒根数中的参数值分别处于对应的预设参数范围中时，确定所述待检测广播星历正常；所述开普勒根数包括轨道长半轴、GLONASS频率信道、轨道倾角、钟差OA项。
在一实施方式中，所述验核模块，具体用于：
计算所述目标卫星在参考站的伪距残差；
根据所述伪距残差对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果；
所述伪距残差的计算方法如下：
其中，为所述目标卫星的伪距残差，式中上标s和下标r分别代表卫星和接收机；上标G表示卫星系统；c表示光速；/>表示伪距观测值；/>为卫星和测站之间的几何距离；δts和δtr分别为卫星端和接收机端的钟差；/>表示卫星信号传播路径上的对流层延迟；I表示信号传播路径上的电离层延迟；dr和ds分别表示接收机和卫星端的伪距硬件延迟；εP表示伪距观测量的噪声等未模型化的误差。
在一实施方式中，所述验核模块，具体用于：
判断所述伪距残差是否大于预设残差阈值；
在所述伪距残差不大于所述预设残差阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
在一实施方式中，所述验核模块，具体用于：
根据所述目标卫星在预设数量的参考站的伪距残差，统计目标参考站的站点数量与所述预设数量的比例；所述目标参考站为所述伪距残差不大于所述残差阈值的参考站；
在所述比例大于预设比例阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
在一实施方式中，所述验核模块，具体用于：
检测所述待检测广播星历和本地当前使用的广播星历是否一致；
在所述待检测广播星历与所述本地当前使用的广播星历不一致时，检测所述待检测广播星历与内存池中存储的广播星历之间是否满足预设条件；
若是，确定所述GNSS卫星信号正常。
在一实施方式中，所述验核模块，具体用于：
获取所述待检测广播星历在衔接点的空间测距误差；
在所述空间信号测距误差小于或等于预设误差阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器配置执行所述指令，以实现如第一方面任一项所述的GNSS卫星信号验核方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，当所述计算机可读存储介质中的指令由处理器执行时，实现如第一方面中任一项所述的GNSS卫星信号验核方法。
本发明实施例提供的GNSS卫星信号验核方法、装置、电子设备以及存储介质，所述方法包括：获取所述GNSS中目标卫星的待检测广播星历；根据所述待检测广播星历确定所述目标卫星的健康状态为健康时，判断所述待检测广播星历是否正常；响应于所述待检测广播星历正常，对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果。本发明实施例提供的GNSS卫星信号验核方法中，通过对GNSS广播星历进行解码获得卫星的健康标识，基于卫星的健康标识判断卫星的健康状态，在卫星的健康状态为健康时对GNSS卫星信号进行验核。如此，提高了GNSS卫星信号验核的准确性，从而可为实时导航、定位和授时应用的终端或服务端提供稳定、可靠的服务。
附图说明
图1为本发明实施例提供的GNSS卫星信号验核方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的GNSS卫星信号验核方法的具体流程示意图；
图3为本发明实施例提供的GNSS卫星信号验核装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其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过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语"如果"可以被解释成为"在……时"或"当……时"或"响应于确定"。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
应该理解的是，虽然本申请实施例中的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
需要说明的是，在本文中，采用了诸如S1、S2等步骤代号，其目的是为了更清楚简要地表述相应内容，不构成顺序上的实质性限制，本领域技术人员在具体实施时，可能会先执行S2后执行S1等，但这些均应在本申请的保护范围之内。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或者“单元”的后缀仅为了有利于本申请的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或者“单元”可以混合地使用。
参阅图1，为本申请实施例提供的一种GNSS卫星信号验核方法的流程示意图，该GNSS卫星信号验核方法可以由本申请实施例提供的一种GNSS卫星信号验核装置来执行，该GNSS卫星信号验核装置可以采用软件和/或硬件的方式来实现，比如服务器、计算机等电子设备。本实施例提供的GNSS卫星信号验核方法包括：
步骤S1，获取所述GNSS中目标卫星的待检测广播星历。
这里，通过实时数据流，可以获取单一的GNSS接收机或多个GNSS接收机的观测数据以及GNSS卫星信号中的广播星历数据，这些数据的传输方式可以包括串口协议、RTCM协议或文本形式等多种方式。这样，能够及时地收集来自GNSS的观测数据，以及用于卫星轨道和时钟校准的广播星历数据，这些数据的实时获取对于导航、定位、授时以及地理信息系统等应用具有非常关键的作用，它确保了GNSS接收机能够准确计算自身的位置，并提供高精度的定位和导航服务，这种数据流的实时传输有助于保持系统的及时性和可用性，为各种应用提供了可靠的数据基础。
步骤S2，根据所述待检测广播星历确定所述目标卫星的健康状态为健康时，判断所述待检测广播星历是否正常。
可以理解地，接收器需要使用广播星历来计算卫星的位置和钟差，以进行导航和定位，而卫星的健康标识提供了有关卫星当前状态的信息，例如是否正常工作、是否存在故障或问题。接收器通常会考虑卫星的健康标识来确定是否应该使用特定卫星的广播星历数据，如果卫星的健康标识指示卫星存在问题，接收器可能会选择忽略该卫星的广播星历数据，以避免导航误差。对待检测广播星历进行解码，获得包含卫星健康状态的健康标识，从而根据健康标识判断卫星的健康状态。在基于卫星的健康标识判断出卫星的状态为健康之后，对广播星历的状态进行判断，确定广播星历正常之后，对GNSS卫星信号进行验核才是有意义的。
在一实施方式中，所述判断所述待检测广播星历是否正常，包括：
对所述待检测广播星历进行解码，获得对应的开普勒根数；
在确定所述开普勒根数中的参数值分别处于对应的预设参数范围中时，确定所述待检测广播星历正常；所述开普勒根数包括轨道长半轴、GLONASS频率信道、轨道倾角、钟差OA项。
可以理解地，GNSS卫星信号中的广播星历轨道根据开普勒根数的形式拓展，可以基于空间位置转换成开普勒根数形式，而开普勒根数有明确的物理意义，因此利用广播星历参数的特征作为监测指标，可以有效的排除大部分由于解码问题导致GNSS卫星信号中的广播星历异常的问题。
这里，根据广播星历解码获得的开普勒根数中包含的星历参数对广播星历进行初步检查，若检查通过，则进入后续的GNSS卫星信号验核的步骤，若检查不通过，则直接退出GNSS卫星信号验核流程。具体而言，由于GNSS接收机解码问题的表现为解出的广播星历参数与实际参数的物理意义不符，如卫星的轨道半长轴长度对于GNSS卫星一般在20000KM到45000KM之间，部分解码问题会给其他范围的数值；又如GLONASS卫星的频率信号编码一定为-7至+6的整数，如果解码出的数字超过这个量级则可以判断为异常的星历数据。
基于开普勒根数对GNSS卫星广播星历参数进行校验，可以排查由GNSS卫星导航系统地面运控系统的原因导致的GNSS广播星历本身异常的情况。
解码获得的开普勒根数中的星历参数以及其参数范围或者特征、以及单位，具体可参阅表1。
表1
除表1列出的星历参数之外，可用于进行GNSS卫星的广播星历数据验核的开普勒根数中的参数还可以包括钟差、偏心率、升交点赤经、平近点角等等。
步骤S3，响应于所述待检测广播星历正常，对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果。
可以理解地，卫星在复杂的太空环境下，时间频率控制系统发生故障时，可能存在GNSS卫星信号中广播轨道参数正常(即开普勒根数正常)但时频信号异常，从而导致导航测距不准的情况。还有可能因为接收机端受环境或接收机软件或硬件的影响，导致接收到的GNSS广播星历解码后与实际卫星播发的不同，虽然接收机解码过程中数据通过了各种检验，但其错误的数据导致基于广播参数计算的卫星位置和钟差与实际存在偏差。简单而言就是，广播星历参数是正常的，但由于其传播途径中的其它外部因素的影响导致了最终的GNSS信号为异常信号，而这种情况仅通过开普勒根数是无法进行检测的。因此，在通过开普勒根数验证了待检测广播星历为正常之后，还需对GNSS卫星信号进行验核。
在一实施方式中，所述对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：计算所述目标卫星在参考站的伪距残差；
根据所述伪距残差对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果；
所述伪距残差的计算方法如下：
其中，为伪距残差，式中上标s和下标r分别代表卫星和接收机；上标G表示卫星系统；c表示光速(m/s)；/>表示伪距观测值(m)；/>为卫星和测站之间的几何距离(m)；δts和δtr分别为卫星端和接收机端的钟差(m/s)；/>表示卫星信号传播路径上的对流层延迟(m)；I表示信号传播路径上的电离层延迟(m)；dr和ds分别表示接收机和卫星端的伪距硬件延迟(m)；εP表示伪距观测量的噪声等未模型化的误差(m)。
可以理解地，通过伪距残差对GNSS卫星信号进行校验的作用可以包括：1)改进定位精度，伪距残差是测量值与预期值之间的差异，通过分析伪距残差，可以识别和校正信号传播中的误差和偏差，从而提高定位精度。这对于导航、地理信息系统(GIS)和测绘等应用至关重要。2)故障检测与排除，伪距残差的分析可以帮助检测GNSS接收机、天线或卫星信号传播链路中的故障或异常。通过检测异常的伪距残差，可以快速发现并排除问题，确保系统的正常运行。3)多路径效应分析，多路径效应是指信号在传播过程中反射、折射或散射，导致接收机接收到多个信号路径上的信号。伪距残差可以帮助识别和减少多路径效应的影响，从而提高信号质量和精度。4)数据质量评估：通过分析伪距残差，可以评估GNSS测量数据的质量，低伪距残差通常表示较高的测量精度，而高伪距残差可能表明信号传播中存在问题或干扰。
通过伪距残差对GNSS信号进行验核，可以解决由于卫星在复杂的太空环境下时间频率控制系统发生故障而产生的时频信号异常，而导致的GNSS卫星信号不准的问题；以及由于接收机端受环境或接收机自身软硬件影响而造成的GNSS广播星历解码后与实际卫星播发的不同而导致根据广播星历计算的卫星位置和钟差值与实际卫星位置和钟差值存在偏差的问题。
如此，通过伪距残差对GNSS卫星信号进行验核，可以提高定位精度，检测、排除故障，分析多效路径，以及评估测量数据的质量，进一步提高了GNSS卫星信号验核的准确性。
在一实施方式中，在所述方法应用于用户端时，所述根据所述伪距残差对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：判断所述伪距残差是否大于预设残差阈值；在所述伪距残差不大于所述预设残差阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
示例性地，以GNSS卫星为G01卫星为例，假设G01卫星的残差阈值为6m，当前用户终端监测的G01卫星伪距残差为3m，则认为G01信号正常；若当前用户终端监测G01的伪距残差为18m，则认为G01信号异常。
在一实施方式中，在所述方法应用于服务端时，所述根据所述伪距残差对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：根据所述目标卫星在预设数量的参考站的伪距残差，统计目标参考站的站点数量与所述预设数量的比例；所述目标参考站为所述伪距残差不大于所述残差阈值的参考站；在所述比例大于预设比例阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
示例性地，以GNSS卫星为G01卫星为例，假设服务端共选取了20个参考站(即预设数量为20)，假设比例阈值为80％，若有12个参考站G01卫星的伪距残差小于残差阈值，此时目标参考站的数量与预设数量的比例为60％，不满足比例阈值则认为G01卫星信号异常。
可以理解地，应用于服务端时，参考站坐标已知，而接收机钟差可以通过坐标带入公式获取，因此，在计算服务端的伪距残差时可以通过预设数量均匀分布的参考站，固定参考站的精确坐标，计算GNSS伪距测量的各种误差项，在GNSS伪距观测值扣除各种误差项后选取中位数作为接收机钟差误差扣除计算出伪距残差。
这里，用户端和服务端对伪距残差的验核标准不同主要源于它们的不同角色、位置、数据可用性和实时性要求不同。服务端(通常由GNSS基站或参考站代表)通常位于已知位置，并且可以使用多个卫星观测数据进行处理。它们的主要任务是提供校正数据和服务，以改善用户端的定位精度；而用户端一般是移动设备，通常位于未知位置或处于移动状态，它们只能接收来自卫星的信号并计算自身位置。因此，用户端需要更强大的算法来处理和纠正伪距残差，以实现准确的定位。服务端通常可以访问更多的信息，如参考站的观测数据、大范围的数据处理能力和更多的计算资源。这使得服务端能够采用更复杂的算法来验核伪距残差，以更准确地估计误差和提供校正数据；用户端受限于设备的计算能力和存储能力，因此需要更轻量级的方法来处理伪距残差，以实现实时或快速的位置解算。并且，由于用户端通常需要实时的位置信息，因此需要更快速的方法来处理伪距残差，这可能需要降低对准确性的要求，以提高实时性；而服务端通常可以在离线或较慢的时间尺度上进行数据处理，因此可以使用更复杂的算法和方法来实现更高的准确性。
在一实施方式中，所述对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：检测所述待检测广播星历和本地当前使用的广播星历是否一致；在所述待检测广播星历与所述本地当前使用的广播星历不一致时，检测所述待检测广播星历与内存池中存储的广播星历之间是否满足预设条件；若是，确定所述GNSS卫星信号正常。
这里，如果本地当前没有正在使用的广播星历，则当作不一致处理。如果不一致，则统计内存池中和待验核的GNSS卫星信号中的广播星历相同的数量，如果数量超过了一定的阈值，则确定待验核的GNSS卫星信号中的广播星历正常。例如一颗卫星的内存池的大小为5，设定一致性监测更新的阈值为50％，内存池中和待监测的GNSS广播星历相同的有3条，此时的一致性的比例为60％，则确定待验核的GNSS卫星信号正常，从而进入下一步的检验。
在一实施方式中，所述对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：获取所述待检测广播星历在衔接点的空间测距误差；在所述空间信号测距误差小于或等于预设误差阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
这里，在通过伪距残差和内存池对广播星历进行验核之后，能够在一定层面上确定GNSS卫星信号的正确性，通过空间测距误差可以对大气延迟、接收机钟差等等进行检验和校正，进一步提高实时导航、定位和授时应用等的精确性。
依据GNSS各系统信号接口控制文件的算法计算卫星坐标和卫星钟差；计算两个广播星历在链接点的卫星坐标差值(ΔXYZ)和卫星钟差差值(ΔT)；将卫星坐标差值从天球地心固定坐标系转换到卫星轨道坐标系(ΔXYZ->ΔRAC)；计算空间信号测距误差。
具体地，空间信号测距误差的计算过程如下：
其中，ΔR、ΔA、ΔC分别为卫星轨道坐标系在径向、切向、法向的差异，α、β的取值根据不同的GNSS系统有不同的取值，参阅表2。
表2
GNSS系统 α β
GPS 0.98 1/49
GLONASS 0.98 1/45
Galileo 0.98 1/61
BDS GEO/IGSO 0.99 1/126
BDS MEO 0.98 1/54
为空间信号测距衔接点空间测距误差设定误差阈值，在空间测距误差小于对应的误差阈值时，认为GNSS卫星信号正常。例如GPS卫星导航系统的空间信号测距衔接点误差阈值设置为0.5m，当两组广播星历的空间信号测距误差为0.3m，则认为GPS卫星信号正常，若为0.6m，则认为GPS卫星信号异常。
本发明实施例提供的GNSS卫星信号验核方法中，通过对GNSS广播星历进行解码获得卫星的健康标识，基于卫星的健康标识判断卫星的健康状态，在卫星的健康状态为健康时对GNSS卫星信号进行验核。如此，提高了GNSS卫星信号验核的准确性，从而可为实时导航、定位和授时应用的终端或服务端提供稳定、可靠的服务。
基于前述实施例相同的发明构思，通过一具体示例对本申请提供的GNSS卫星信号验核方法进行说明，参附图2，为本发明实施例提供的GNSS卫星信号验核方法的具体流程示意图。
本申请实施例的GNSS卫星信号验核方法确定开始实施之后，首先进入步骤S101，获取实时数据流。
通过实时数据流获取单一的GNSS接收机或多个GNSS接收机的观测数据与广播星历数据，得到广播星历数据之后对广播星历数据进行解码，然后进入步骤S102。
步骤S102，健康标识判断。
解码之后的广播星历中包含卫星的健康标识，可以通过该健康标识对卫星的健康状态进行判断。若标识为健康，则进入步骤S103，若标识为不健康，则退出GNSS卫星信号验核流程。
步骤S103，轨道参数粗差检查。
可以理解地，将广播星历参数进行解码后获得一组开普勒根数，开普勒根数中包含有轨道参数，每一项轨道参数都有一个范围或者特征，当每一项轨道参数的值满足其对应的范围或者特征时，可以初步判断对应的广播星历是正常的。通过如表1所记载的参数及参数范围对广播星历参数进行检查。
步骤S104，数据验核。
根据GNSS广播星历参数特征，对参数的数值范围和性质进行初步检查，若广播星历参数不满足与之对应的范围或者特征时，认为当前监测的GNSS信号异常，结束GNSS卫星信号验核程序；否则进入步骤S105或者步骤S106。
步骤S105，伪距残差计算。
基于实时数据流获取GNSS观测值，基于GNSS观测值计算GNSS卫星在目标参考站的伪距残差，计算公式为：
式中，为伪距残差，上标s和下标r分别代表卫星和接收机；上标G表示卫星系统；c表示光速(m/s)；/>表示伪距观测值(m)；/>为卫星和测站之间的几何距离(m)；δts和δtr分别为卫星端和接收机端的钟差(m/s)；/>表示卫星信号传播路径上的对流层延迟(m)；I表示信号传播路径上的电离层延迟(m)；dr和ds分别表示接收机和卫星端的伪距硬件延迟(m)；εP表示伪距观测量的噪声等未模型化的误差(m)。
通过开普勒根数可以对广播星历数据进行判断，而无法检测广播星历在传播过程中因外部条件对广播星历造成影响，从而导致的GNSS信号的异常。通过计算伪距残差，可以在广播星历正常时进一步对GNSS信号进行判断。
当本申请实施例所述的GNSS卫星信号验核方法应用于用户终端时，使用伪距单点定位算法。即将计算获得的伪距残差值与预设残差阈值进行比较，当计算获得的伪距残差值小于残差阈值时，则认为GNSS卫星信号正常。以目标卫星为G01卫星为例，假设G01卫星预设的残差阈值为6m，当前用户终端监测的G01卫星伪距残差为3m，则认为G01信号正常；若当前用户终端监测G01的伪距残差为18m，则认为G01信号异常。当本申请实施例所述的GNSS卫星信号验核方法应用于服务端时，则选取一定数量均匀分布的参考站，固定参考站的精确坐标，计算GNSS伪距测量的各种误差项，在GNSS伪距观测值扣除各种误差项后选取中位数作为接收机钟差误差扣除计算出伪距残差。本方法应用于服务端时，需要额外设置通过经验阈值站点的数量比例，以在预设数量的参考站中的伪距残差小于残差阈值的比例是否满足预设数量比例来判断GNSS卫星信号是否异常。示例性地，以GNSS卫星为G01卫星为例，假设服务端共选取了20个参考站(即预设数量为20)，假设比例阈值为80％，若有12个参考站G01卫星的伪距残差小于残差阈值，此时目标参考站的数量与预设数量的比例为60％，不满足比例阈值则认为G01卫星信号异常。
步骤S106，星历链表内存池。
通过数据结构对广播星历进行存储和管理。
步骤S107，内存池更新。
将广播星历更新到卫星内存池中，根据内存池信息对比判断是否需要将待验核的GNSS卫星信号确定为待使用信号。具体步骤为：判断待验核的GNSS卫星信号和当前正在使用的GNSS卫星信号的广播星历的参数是否完全一致，如果当前没有正在使用的GNSS卫星信号则当不一致处理。如果不一致，则统计内存池中和待验核的GNSS卫星信号的广播星历相同的广播星历的数量，如果数量超过了一定的阈值，则该待验核的GNSS卫星信号更新为待使用GNSS卫星信号。例如一颗卫星的内存池的大小为5，设定一致性监测更新的阈值为50％，内存池中和待监测的GNSS广播星历相同的有3条，此时的一致性的比例为60％，则设置待验核的GNSS卫星信号为待使用的GNSS卫星信号。
步骤S108，衔接点误差计算。
计算当前正在使用的GNSS卫星信号中的广播星历和正在检测的GNSS卫星信号中的广播星历在衔接点的空间测距误差(具体的计算方式参阅上述实施例)，还需要为空间信号测距衔接点空间测距误差均设定阈值，在空间测距误差小于对应的阈值时，认为GNSS卫星信号正常。例如GPS卫星导航系统的空间信号测距衔接点误差阈值设置为0.5m，当两组广播星历的空间信号测距误差为0.3m，则认为GNSS卫星信号正常，若为0.6m，则认为GNSS卫星信号异常。
本发明实施例提供的GNSS卫星信号验核方法中，通过对GNSS广播星历进行解码获得卫星的健康标识，基于卫星的健康标识判断卫星的健康状态，在卫星的健康状态为健康时对GNSS卫星信号进行验核。如此，提高了GNSS卫星信号验核的准确性，从而可为实时导航、定位和授时应用的终端或服务端提供稳定、可靠的服务。
基于前述实时例相同的发明构思，本发明实施例提供了一种GNSS卫星信号验核装置，如图3所示，为本发明实施例提供的GNSS卫星信号验核装置的结构示意图，GNSS卫星信号验核装置包括：
获取模块，用于获取所述GNSS中目标卫星的待检测广播星历；
判断模块，用于根据所述待检测广播星历确定所述目标卫星的健康状态为健康时，判断所述待检测广播星历是否正常；
验核模块，用于响应于所述待检测广播星历正常，对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果。
在一实施方式中，所述判断模块，具体用于：
对所述待检测广播星历进行解码，获得对应的开普勒根数；
在确定所述开普勒根数中的参数值分别处于对应的预设参数范围中时，确定所述待检测广播星历正常；所述开普勒根数包括轨道长半轴、GLONASS频率信道、轨道倾角、钟差OA项。
在一实施方式中，所述验核模块，具体用于：
计算所述目标卫星在参考站的伪距残差；
根据所述伪距残差对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果；
所述伪距残差的计算方法如下：
其中，为所述目标卫星的伪距残差，式中上标s和下标r分别代表卫星和接收机；上标G表示卫星系统；c表示光速；/>表示伪距观测值；/>为卫星和测站之间的几何距离；δts和δtr分别为卫星端和接收机端的钟差；/>表示卫星信号传播路径上的对流层延迟；I表示信号传播路径上的电离层延迟；dr和ds分别表示接收机和卫星端的伪距硬件延迟；εP表示伪距观测量的噪声等未模型化的误差。
在一实施方式中，所述验核模块，具体用于：
判断所述伪距残差是否大于预设残差阈值；
在所述伪距残差不大于所述预设残差阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
在一实施方式中，所述验核模块，具体用于：
根据所述目标卫星在预设数量的参考站的伪距残差，统计目标参考站的站点数量与所述预设数量的比例；所述目标参考站为所述伪距残差不大于所述残差阈值的参考站；
在所述比例大于预设比例阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
在一实施方式中，所述验核模块，具体用于：
检测所述待检测广播星历和本地当前使用的广播星历是否一致；
在所述待检测广播星历与所述本地当前使用的广播星历不一致时，检测所述待检测广播星历与内存池中存储的广播星历之间是否满足预设条件；
若是，确定所述GNSS卫星信号正常。
在一实施方式中，所述验核模块，具体用于：
获取所述待检测广播星历在衔接点的空间测距误差；
在所述空间信号测距误差小于或等于预设误差阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
本发明实施例提供的GNSS卫星信号验核装置，通过对GNSS广播星历进行解码获得卫星的健康标识，基于卫星的健康标识判断卫星的健康状态，在卫星的健康状态为健康时对GNSS卫星信号进行验核。如此，提高了GNSS卫星信号验核的准确性，从而可为实时导航、定位和授时应用的终端或服务端提供稳定、可靠的服务。
关于GNSS卫星信号验核装置的具体限定可以参见上文中对于GNSS卫星信号验核方法的限定，在此不再赘述。上述GNSS卫星信号验核装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于电子设备的处理器中，也可以以软件形式存储于电子设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
基于前述实施例相同的发明构思，本发明实施例提供了一种电子设备，如图4所示，该电子设备包括：处理器310和存储有计算机程序的存储器311；其中，图4中示意的处理器310并非用于指代处理器310的个数为一个，而是仅用于指代处理器310相对其他器件的位置关系，在实际应用中，处理器310的个数可以为一个或多个；同样，图4中示意的存储器311也是同样的含义，即仅用于指代存储器311相对其他器件的位置关系，在实际应用中，存储器311的个数可以为一个或多个。在所述处理器310运行所述计算机程序时，实现上述GNSS卫星信号验核方法。
该电子设备还可包括：至少一个网络接口312。该电子设备中的各个组件通过总线系统313耦合在一起。可理解，总线系统313用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统313除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图4中将各种总线都标为总线系统313。
其中，存储器311可以是易失性存储器或非易失性存储器，也可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，ferromagnetic random access memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，Synchronous Static Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，Dynamic Random Access Memory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM，SynchronousDynamic Random Access Memory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，SyncLink Dynamic Random Access Memory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储器311旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
本发明实施例中的存储器311用于存储各种类型的数据以支持电子设备的操作。这些数据的示例包括：用于在该电子设备上操作的任何计算机程序。
基于前述实施例相同的发明构思，本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，计算机可读存储介质可以是磁性随机存取存储器(FRAM，ferromagnetic random access memory)、只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、快闪存储器(FlashMemory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)等存储器；也可以是包括上述存储器之一或任意组合的各种设备，如服务器等。当存储于其中的指令由处理器执行时，实现前述实施例所描述的GNSS卫星信号验核方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种GNSS卫星信号验核方法，其特征在于，包括：
获取所述GNSS中目标卫星的待检测广播星历；
根据所述待检测广播星历确定所述目标卫星的健康状态为健康时，判断所述待检测广播星历是否正常；
响应于所述待检测广播星历正常，对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述待检测广播星历是否正常，包括：
对所述待检测广播星历进行解码，获得对应的开普勒根数；
在确定所述开普勒根数中的参数值分别处于对应的预设参数范围中时，确定所述待检测广播星历正常；所述开普勒根数包括轨道长半轴、GLONASS频率信道、轨道倾角、钟差OA项。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：
计算所述目标卫星在参考站的伪距残差；
根据所述伪距残差对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果；
所述伪距残差的计算方法如下：
其中，为所述目标卫星的伪距残差，式中上标s和下标r分别代表卫星和接收机；上标G表示卫星系统；c表示光速；/>表示伪距观测值；/>为卫星和测站之间的几何距离；δts和δtr分别为卫星端和接收机端的钟差；/>表示卫星信号传播路径上的对流层延迟；I表示信号传播路径上的电离层延迟；dr和ds分别表示接收机和卫星端的伪距硬件延迟；εP表示伪距观测量的噪声等未模型化的误差。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述方法应用于用户端时，所述根据所述伪距残差对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：
判断所述伪距残差是否大于预设残差阈值；
在所述伪距残差不大于所述预设残差阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述方法应用于服务端时，所述根据所述伪距残差对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：
根据所述目标卫星在预设数量的参考站的伪距残差，统计目标参考站的站点数量与所述预设数量的比例；所述目标参考站为所述伪距残差不大于所述残差阈值的参考站；
在所述比例大于预设比例阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：
检测所述待检测广播星历和本地当前使用的广播星历是否一致；
在所述待检测广播星历与所述本地当前使用的广播星历不一致时，检测所述待检测广播星历与内存池中存储的广播星历之间是否满足预设条件；
若是，确定所述GNSS卫星信号正常。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果，包括：
获取所述待检测广播星历在衔接点的空间测距误差；
在所述空间信号测距误差小于或等于预设误差阈值时，确定所述GNSS卫星信号正常。
8.一种GNSS卫星信号验核装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取所述GNSS中目标卫星的待检测广播星历；
判断模块，用于根据所述待检测广播星历确定所述目标卫星的健康状态为健康时，判断所述待检测广播星历是否正常；
验核模块，用于响应于所述待检测广播星历正常，对所述GNSS卫星信号进行验核，获得对所述GNSS卫星信号的验核结果。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器配置执行所述指令，以实现如权利要求1-7任一项所述的GNSS卫星信号验核方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机可读存储介质中的指令由处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的GNSS卫星信号验核方法。
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