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国际GNSS监测评估系统数据采集与服务的研究及应用.docx
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国际GNSS监测评估系统数据采集与服务的研究及应用.docx
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引言
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)在全球
范围内通过人造地球卫星发射无线电信号,提供导航服务。目前,包括美国的导
航系统、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统、欧盟的伽利略导航系统和中国的北斗
卫星导航系统。
国际 GNSS 服务(International GNSS Service, IGS)是国际大地测量协
会为支持大地测量和地球动力学研究建立的国际协作组织,1994 年 1 月 1 日正
式开始工作。IGS 组织可提供全球范围内的各类跟踪站 GNSS 卫星观测数据
和数据处理产生的卫星星历、钟差、地球自转参数、大气等产品。
国 际 GNSS 监 测 评 估 系 统 ( international GNSS Monitoring and
Assessment System, iGMAS)是中国在 2011 年 6 月发出倡议,中国作为主导
联合国际上其它国家和地区建立的系统。其主要目的是:建立对四大卫星导航
系统全弧段、多重覆盖观测的全球实时跟踪网,以及具备数据采集、存储、分
析、管理、发布等功能的信息平台,对全球卫星导航系统(GNSS)运行状况和
主要指标进行检测评估,生成高精度精密星历、卫星钟差、地球定向参数、跟
踪站坐标和速率、全球电离层延迟等产品,支持卫星导航技术试验、监测评估,
服务于科学研究和各类应用
[1,2]
。与 IGS 组织相比,其特色是可提供四大卫星导
航系统的监测评估以及北斗三号卫星系统新信号的数据及产品。
iGMAS 系统由 30 个左右全球均匀分布的跟踪站、3 个数据中心、多个分
析中心、1 个监测评估中心、1 个产品综合与服务中心、1 个运行控制管理中
心和通信网络组成。
全球跟踪站完成原始观测数据采集,包括:导航卫星码伪距、载波相位、
多普勒、跟踪站气象数据等。数据中心接收跟踪站原始观测数据,对各站数据
进行质量检查 ,并分类 存储和备份,最后以标准数据格式提供数据服务,供分析
中心、产品综合与服务中心、监测评估中心、时间频率、地球科学、大气科学、
测绘科学等各领域用户下载和使用。本文主要以 iGMAS 西安数据中心为例进
行说明。
1 数 据 采 集
全球跟踪站网完成原始观测数据采集,主要包括:导航卫星码伪距观测值、
载波相位观测值、多普勒观测值、信噪比,另外,还有导航星历数据、跟踪站气
象数据等
[3]
。导航卫星码伪距、载波相位、多普勒、信噪比数据存储于观测文
件中,导航星历数据存储于星历文件中,气象数据存储于气象文件中。
码伪距观测值,主要是接收机通过测量导航信号到达的本地时间与卫星发
播信号的卫星时间之间的时间间隔所获得的距离,包含两者之间的几何距离和
钟差等。
载波相位观测值,是指由 GNSS 接收机锁定载波信号后测得的 GNSS 信号
载波的累积相位,通常应用于高精度定位。
多普勒观测值,是指用户设备和导航卫星直接相对运动造成的多普勒频移
的接收机本地测量值。
信噪比,是指载波信号功率与噪声功率谱密度之比,单位为 dBHz。
导航星历,是指由导航卫星播发给用户,用于描述卫星运行状态和其他参数
的信息数据,通常包括卫星健康状况、星历、历书、卫星时钟改正参数、电离
层时延模型参数等内容。
气象数据,是指气象设备采集的跟踪站附近气压、温度、湿度等数据。
全球跟踪站由大约 30 个跟踪站形成观测网,通过互联网将以上观测数据传
输至数据中心。跟踪站站点分布如图 1 所示。
图 1
图 1 iGMAS 卫星跟踪站站点分布图
Fig.1 iGMAS satellite tracking station map
2 数 据 管 理 与 服 务
数据中心的数据管理与服务主要依靠系统业务软件实现,主要包括:数据
接收、数据归档、数据质量分析、数据服务、实时数据流管理等。业务软件工
作流程,如图 2 所示。
图 2
图 2 业务软件工作流程
Fig.2 Business software workflow
业务软件的主要流程如下
[4]
:
(1)数据接收:从 iGMAS 跟踪站、国际 GNSS 服务组织(International
GNSS Service, IGS)跟踪站等其它外部系统接收观测数据和部分实时流,从
iGMAS 产品综合与服务中心接收产品。
(2)数据质量分析:数据预处理、格式转换、质量分析、数据编目、数
据整理和数据压缩。
(3)数据归档:数据归档、元数据管理、查询检索、统计分析、数据导
入导出、历史数据处理、数据备份和综合演示。
(4)数据发布:向所有用户提供 FTP 文件服务、WEB 服务等,同时提供
数据报告。
(5)实时数据流管理:从 iGMAS 跟踪站、部分 IGS 跟踪站等接收实时
观测数据,并进行实时数据流质量评估,提供实时数据流服务。
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