[發明專利]基于集群并行運算的GNSS導航信號海量數據快速處理方法

有效

• 申請號: 201710284834.3
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107133110B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 賀成艷;盧曉春;郭際;王雪;饒永南
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: G06F9/54
• 分類號: G06F9/54
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種基于集群并行運算的GNSS導航信號海量數據快速處理方法，收集所有有關GNSS導航數據處理的各類型數據；挑選出能夠綜合分析、相互無依賴關系的數據；采用若干計算機作為節點構建集群環境；針對挑選出的數據進行任務分解、數據分解或數據流分解；最終構建可并行執行算法。本發明將GNSS導航信號處理算法的多數據源特性和集群的多任務進行無縫集成，針對GNSS導航信號處理的數據種類繁多、數據量巨大等問題，提出了構建基于集群環境的并行執行框架，大大提高運算效率和實時性，提高運算的可靠性。

技術領域

本發明涉及一種信號并行處理方法。

背景技術

衛星導航從基礎研究領域(天文學、力學、物理學、地球動力學等)到工程技術領域(信息傳遞、深空探測、空間飛行器、時間傳遞、測速授時等)，以及關系國民經濟建設和國家安全的諸多重要部門和領域(海事、交通、救援、精準農業、地震監測、電子通訊等)等各個方面，均占據重要地位，發揮著重要作用?？梢哉f，衛星導航技術是各種基礎理論、最新科技成果、國家科技水平和綜合實力的集中體現。

衛星導航信號是衛星導航系統中最重要的組成部分，是衛星、地面運控與用戶之間協調工作的紐帶。衛星導航信號質量的好壞將直接關系到系統定位、授時和測速等基本功能、關鍵性能和關鍵指標的實現。因此，全球導航衛星系統(Global NavigationSatellite System，GNSS)導航信號質量監測評估是衛星導航系統完好性的重要保障手段。

目前國內外已經開展對GNSS衛星導航信號質量的監測評估工作，而且隨著科技的發展，信號質量監測評估技術和手段越來越成熟，監測越來越全面，數據量越來越大：例如美國斯坦福大學、德國宇航研究院、英國奇爾波頓天文臺、中國科學院國家授時中心、中國衛星導航定位總站、中國電子科技集團54所、北京航空航天大學、華中科技大學等單位和機構，他們均利用國內外可利用的高增益天線(天線增益大于20dBi)、相應的測試測量儀器(頻譜儀、矢量信號分析儀、示波器、功率計、硬件接收機)及高速數據采集設備(多通道高速數據同步采集設備)，對接收的衛星導航信號進行全方位多角度的實時監測、采集和離線分析。

然而研究發現，GNSS導航信號質量評估工作中每天連續監測采集的數據量非常之大：每天有若干臺頻譜儀、矢量信號分析儀、示波器、功率計等標準測量儀器對信號進行實時不間斷的監測；有若干臺全向天線接收機實時監測所有可視在軌衛星，并實時輸出各顆衛星的偽距、載波相位、多普勒、載噪比、相關曲線、定位解算數據；有若干臺監測接收機實時監測高增益大口徑天線(一般增益高于20dbi)所對準的衛星，并實時輸出該顆衛星的偽距、載波相位、多普勒、載噪比、相關曲線數據；還有多通道同步數據高速采集設備，能夠對接收的衛星信號進行多個通道的高速高采樣率同步數據采集與回放；另外，還有來自整個監測評估接收系統的自身標校測量數據，來自外界周邊電磁環境的干擾監測數據，來自氣象測試測量儀器有關溫度、濕度、氣壓的測量數據。粗略計算結果表明：頻譜儀、矢量信號分析儀、示波器、功率計等標準測量儀器按每秒輸出一個測量值計算，則每天每臺標準儀器輸出的數據量大約為120MBytes，按5臺測量儀器計算為600M Bytes/天；監測接收機每天每臺數據量大約為20MBytes，按8臺測量儀器計算為160M Bytes/天；多通道同步數據采集設備數據量巨大，按照250MHz的采樣率計算，每通道每采集1秒的數據量即為500M Bytes，按3個通道計算為1.5G Bytes/秒，若每天采集1小時的數據，則約為5400G Bytes/天；另外，為提高GNSS信號分析測量精度，還有定期或不定期的其他測量數據，如接收系統自身標校測量數據、周邊電磁環境監測數據、氣象測量數據。

然而，如此巨大的數據量，若還是按照傳統的串行計算方法進行離線分析，則事后分析滯后時間太長，不能及時發現GNSS衛星出現的各種故障，用戶接收到異常的GNSS衛星導航信號，會產生較大的定位、測速和授時誤差，因此會給用戶帶來較大程度的影響。

發明內容