[发明专利]基于集群并行运算的GNSS导航信号海量数据快速处理方法

说明书

本发明提供了一种基于集群并行运算的GNSS导航信号海量数据快速处理方法，收集所有有关GNSS导航数据处理的各类型数据；挑选出能够综合分析、相互无依赖关系的数据；采用若干计算机作为节点构建集群环境；针对挑选出的数据进行任务分解、数据分解或数据流分解；最终构建可并行执行算法。本发明将GNSS导航信号处理算法的多数据源特性和集群的多任务进行无缝集成，针对GNSS导航信号处理的数据种类繁多、数据量巨大等问题，提出了构建基于集群环境的并行执行框架，大大提高运算效率和实时性，提高运算的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种信号并行处理方法。

背景技术

卫星导航从基础研究领域(天文学、力学、物理学、地球动力学等)到工程技术领域(信息传递、深空探测、空间飞行器、时间传递、测速授时等)，以及关系国民经济建设和国家安全的诸多重要部门和领域(海事、交通、救援、精准农业、地震监测、电子通讯等)等各个方面，均占据重要地位，发挥着重要作用。可以说，卫星导航技术是各种基础理论、最新科技成果、国家科技水平和综合实力的集中体现。

卫星导航信号是卫星导航系统中最重要的组成部分，是卫星、地面运控与用户之间协调工作的纽带。卫星导航信号质量的好坏将直接关系到系统定位、授时和测速等基本功能、关键性能和关键指标的实现。因此，全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite System，GNSS)导航信号质量监测评估是卫星导航系统完好性的重要保障手段。

目前国内外已经开展对GNSS卫星导航信号质量的监测评估工作，而且随着科技的发展，信号质量监测评估技术和手段越来越成熟，监测越来越全面，数据量越来越大：例如美国斯坦福大学、德国宇航研究院、英国奇尔波顿天文台、中国科学院国家授时中心、中国卫星导航定位总站、中国电子科技集团54所、北京航空航天大学、华中科技大学等单位和机构，他们均利用国内外可利用的高增益天线(天线增益大于20dBi)、相应的测试测量仪器(频谱仪、矢量信号分析仪、示波器、功率计、硬件接收机)及高速数据采集设备(多通道高速数据同步采集设备)，对接收的卫星导航信号进行全方位多角度的实时监测、采集和离线分析。

然而研究发现，GNSS导航信号质量评估工作中每天连续监测采集的数据量非常之大：每天有若干台频谱仪、矢量信号分析仪、示波器、功率计等标准测量仪器对信号进行实时不间断的监测；有若干台全向天线接收机实时监测所有可视在轨卫星，并实时输出各颗卫星的伪距、载波相位、多普勒、载噪比、相关曲线、定位解算数据；有若干台监测接收机实时监测高增益大口径天线(一般增益高于20dbi)所对准的卫星，并实时输出该颗卫星的伪距、载波相位、多普勒、载噪比、相关曲线数据；还有多通道同步数据高速采集设备，能够对接收的卫星信号进行多个通道的高速高采样率同步数据采集与回放；另外，还有来自整个监测评估接收系统的自身标校测量数据，来自外界周边电磁环境的干扰监测数据，来自气象测试测量仪器有关温度、湿度、气压的测量数据。粗略计算结果表明：频谱仪、矢量信号分析仪、示波器、功率计等标准测量仪器按每秒输出一个测量值计算，则每天每台标准仪器输出的数据量大约为120MBytes，按5台测量仪器计算为600M Bytes/天；监测接收机每天每台数据量大约为20MBytes，按8台测量仪器计算为160M Bytes/天；多通道同步数据采集设备数据量巨大，按照250MHz的采样率计算，每通道每采集1秒的数据量即为500M Bytes，按3个通道计算为1.5G Bytes/秒，若每天采集1小时的数据，则约为5400G Bytes/天；另外，为提高GNSS信号分析测量精度，还有定期或不定期的其他测量数据，如接收系统自身标校测量数据、周边电磁环境监测数据、气象测量数据。

然而，如此巨大的数据量，若还是按照传统的串行计算方法进行离线分析，则事后分析滞后时间太长，不能及时发现GNSS卫星出现的各种故障，用户接收到异常的GNSS卫星导航信号，会产生较大的定位、测速和授时误差，因此会给用户带来较大程度的影响。

发明内容