基于并行计算的卫星导航实时精密单点定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于并行计算的卫星导航实时精密单点定位系统和方法，所述系统包括预处理模块、输入处理模块和输出处理模块，其中，预处理模块用于对获取的原始观测数据数据流、实时钟差产品数据流和实时轨道产品数据流进行解码和预处理，获得预处理后的观测数据、精密轨道和精密钟差；输入处理模块建立随机模型和函数模型，并采用参数估计方法以获得实时精密单点定位结果；输出处理模块用于对输入处理模块获取的实时精密单点定位结果进行外部检核和内部检核。本发明专利技术采用模块化处理，可对观测数据源采用不同模块参数配置同步并行计算多种模式，后续可根据不同实时模式的运算结果，对中间及最后结果综合分析与评估，确定较优的解算模式。优的解算模式。优的解算模式。

【技术实现步骤摘要】
基于并行计算的卫星导航实时精密单点定位系统及方法


[0001]本专利技术属于卫星导航定位
，具体涉及一种基于并行计算的卫星导航实时精密单点定位系统及方法。

技术介绍

[0002]近年来，无人驾驶技术日益受到社会关注，共享汽车、网约车逐步走入公众生活，车辆的实时定位精度成为这些行业快速发展的重要制约因素之一，传统高精度定位技术多为GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)差分定位技术，GNSS差分定位技术想要获取高精度位置必须依靠高密度的基准站，但是基准站建设时间长，运维成本高，基于此，产生了一种高精度定位技术：PPP(precise point positioning，精密单点定位)技术。
[0003]当前的定位技术主要分为相对定位技术和绝对定位技术，PPP定位技术属于绝对定位技术，无需依赖参考站，单机作业灵活，在综合考虑各类误差后，可以达到厘米级精度，因而更加具有发展前景。一般来说，外部精密产品滞后时间较长，传统PPP多基于事后模式，同时为了提高定位结果的可靠性、连续性和可用性，部分学者还对其事后PPP进行了质量控制研究。
[0004]历经十余年的快速发展，精密单点定位的基本理论与实践问题已经得到较好的解决，目前正在朝工程化应用阶段迈进，随着人们对实时性和可靠性的日益需求，现阶段工程化应用中仍然以事后为主的PPP技术，大多数用户仍然以单系统PPP应用为主。而随着近年来全球导航卫星系统的快速发展，多系统数据处理迎来了新的发展机遇和挑战。首先，多系统GNSS以超过120颗的在轨卫星数目，多达五频的信号频率资源，以及均匀的空间覆盖率等整体上提高了数据可用率和冗余度，进而提高了定位结果的可靠性、可用性。但是，多系统GNSS数据处理也有诸多新挑战，GNSS星座结构、信号结构、数据精度等差异需要进行深入分析，研究不同的数据处理方法。另外定位结果很大程度上依赖于观测数据和使用产品的质量，随着IGS(International GNSS Service，国际GNSS服务)实时产品的逐步发展和全球卫星导航系统的现代化，PPP技术也在飞速发展与进步，因此基于数据质量控制的GNSS实时PPP技术已成为当前PPP应用的关注焦点，实时精密单点定位在完全收敛后，其精度可达到厘米级，影响精密单点定位参数解算收敛的时间的因素有很多，如观测数据质量、观测数据采样间隔、误差估计模型、卫星空间几何结构、用户所要求的精度等。但是目前鲜有学者对实时精密单点定位的质量控制体系进行深入研究。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于并行计算的卫星导航实时精密单点定位系统及方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术的一个方面提供了一种基于并行计算的卫星导航实时精密单点定位系统，包括预处理模块、输入处理模块和输出处理模块，其中，
[0007]所述预处理模块用于对获取的原始观测数据数据流、实时钟差产品数据流和实时轨道产品数据流进行解码，并对解码后观测数据中的粗差、周跳和钟跳进行探测及修复，对解码后的实时轨道和实时钟差进行预处理，获得预处理后的观测数据、精密轨道和精密钟差；
[0008]所述输入处理模块用于根据预处理后的观测数据、精密轨道和精密钟差，建立随机模型和函数模型，并采用参数估计方法，获得实时精密单点定位结果；
[0009]所述输出处理模块用于对所述输入处理模块获取的实时精密单点定位结果进行外部检核和内部检核。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述预处理模块包括解码单元、数据存储单元、观测数据质量控制单元和实时产品质量控制单元，其中，
[0011]所述解码单元用于解码以RTCM3格式获取的原始观测数据数据流、实时钟差产品数据流和实时轨道产品数据流，获得解码后的观测数据、实时轨道和实时钟差；
[0012]所述数据存储单元用于将解码后的观测数据、实时轨道和实时钟差以一定数据结构进行存储；
[0013]所述观测数据质量控制单元用于检测所述观测数据中的粗差、周跳和钟跳，并对粗差、周跳和钟跳进行标记、删除或修复；
[0014]所述实时产品质量控制单元用于对解码后的实时轨道和实时钟差进行质量分析处理，通过拉格朗日插值法进行轨道产品中断后的修复，通过含有周期项的二次多项式钟差预报模型在钟差产品中断后进行预报修复，并采用空间信号精度对实时轨道和实时钟差进行综合质量控制，获得处理后的精密轨道和精密钟差。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述观测数据质量控制单元包括粗差探测子单元、周跳探测子单元和钟跳探测子单元，其中，
[0016]所述粗差探测子单元用于对观测数据进行多频伪距粗差探测，并对探测出的粗差进行剔除；
[0017]所述周跳探测子单元用于采用单频、双频、三频、四频实时周跳探测与周跳修复算法，探测各卫星系统下载波相位观测量中的周跳并对周跳进行修复；
[0018]所述钟跳探测子单元用于通过对观测数据进行连续性分析，对所述观测数据进行实时钟跳探测与修复。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，所述粗差探测子单元具体用于：
[0020]构造粗差检验量：
[0021][0022]其中，下标1、x分别表示不同卫星系统下的第1频点和与第一频点不同的第x频点，C1和P1分别表示第1频点的粗码观测值和精码观测值，P
x
表示第x频点的精码观测值，dC1P1表示观测值C1和P1之间的偏差，dP1P
x
表示第1频点和第x频点之间的精码观测值偏差，表示第1频点卫星的观测值C1与P1之间的偏差，表示第1频点和第x频点之间的卫星精码
偏差，表示第1频点接收机观测值C1与P1之间的偏差，表示第1频点和第x频点之间的接收机精码偏差，表示不同检验量与时间相关的部分，d
ion
为电离层延迟残余项，ε和分别表示不同检验量残余误差和噪声项之和；
[0023]构造粗差判断准则：
[0024][0025]其中，k1、k2均为探测阀值；
[0026]利用所述粗差检验量和所述粗差判断准则对观测数据中的多频伪距进行粗差识别和定位，并将具有粗差的观测数据进行删除。
[0027]在本专利技术的一个实施例中，所述钟跳探测子单元具体用于：
[0028]构建表达式：
[0029][0030]其中，k和m分别表示历元和卫星，和分别表示第m个卫星第k个历元的伪距观测值和载波相位观测值，和分别表示第m个卫星第k
‑
1个历元的伪距观测值和载波相位观测值，和分别表示第m个卫星第k个历元和第k
‑
1个历元间的伪距观测值变化量和载波相位观测值变化量；
[0031]构建钟跳探测量：
[0032][0033]其中，为钟跳探测量，x表示频点序号，m表示第m颗卫星；
[0034]计算得到钟跳的具体数值：
[0035][0036]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于并行计算的卫星导航实时精密单点定位系统，其特征在于，包括预处理模块、输入处理模块和输出处理模块，其中，所述预处理模块用于对获取的原始观测数据数据流、实时钟差产品数据流和实时轨道产品数据流进行解码，并对解码后观测数据中的粗差、周跳和钟跳进行探测及修复，对解码后的实时轨道和实时钟差进行预处理，获得预处理后的观测数据、精密轨道和精密钟差；所述输入处理模块用于根据预处理后的观测数据、精密轨道和精密钟差，建立随机模型和函数模型，并采用参数估计方法获得实时精密单点定位结果；所述输出处理模块用于对所述输入处理模块获取的实时精密单点定位结果进行外部检核和内部检核。2.根据权利要求1所述的基于并行计算的卫星导航实时精密单点定位系统，其特征在于，所述预处理模块包括解码单元、数据存储单元、观测数据质量控制单元和实时产品质量控制单元，其中，所述解码单元用于解码以RTCM3格式获取的原始观测数据数据流、实时钟差产品数据流和实时轨道产品数据流，获得解码后的观测数据、实时轨道和实时钟差；所述数据存储单元用于将解码后的观测数据、实时轨道和实时钟差以一定数据结构进行存储；所述观测数据质量控制单元用于检测所述观测数据中的粗差、周跳和钟跳，并对粗差、周跳和钟跳进行标记、删除或修复；所述实时产品质量控制单元用于对解码后的实时轨道和实时钟差进行质量分析处理，通过拉格朗日插值法进行轨道产品中断后的修复，通过含有周期项的二次多项式钟差预报模型在钟差产品中断后进行预报修复，并采用空间信号精度对实时轨道和实时钟差进行综合质量控制，获得处理后的精密轨道和精密钟差。3.根据权利要求2所述的基于并行计算的卫星导航实时精密单点定位系统，其特征在于，所述观测数据质量控制单元包括粗差探测子单元、周跳探测子单元和钟跳探测子单元，其中，所述粗差探测子单元用于对观测数据进行多频伪距粗差探测，并对探测出的粗差进行剔除；所述周跳探测子单元用于采用单频、双频、三频、四频实时周跳探测与周跳修复算法，探测各卫星系统下载波相位观测量中的周跳并对周跳进行修复；所述钟跳探测子单元用于通过对观测数据进行连续性分析，对所述观测数据进行实时钟跳探测与修复。4.根据权利要求3所述的基于并行计算的卫星导航实时精密单点定位系统，其特征在于，所述粗差探测子单元具体用于：构造粗差检验量：其中，下标1、x分别表示不同卫星系统下的第1频点和与第一频点不同的第x频点，C1和
P1分别表示第1频点的粗码观测值和精码观测值，P
x
表示第x频点的精码观测值，dC1P1表示观测值C1和P1之间的偏差，dP1P
x
表示第1频点和第x频点之间的精码观测值偏差，表示第1频点卫星的观测值C1与P1之间的偏差，表示第1频点和第x频点之间的卫星精码偏差，表示第1频点接收机观测值C1与P1之间的偏差，表示第1频点和第x频点之间的接收机精码偏差，表示不同检验量与时间相关的部分，d
ion
为电离层延迟残余项，ε和分别表示不同检验量残余误差和噪声项之和；构造粗差判断准则：其中，k1、k2均为探测阀值；利用所述粗差检验量和所述粗差判...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈朋礼，成芳，肖厦，卢晓春，李艳红，刘东亮，李晓婉，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：