一种同步卫星外测数据的质量监控方法、装置和电子设备

摘要

本发明提供了一种同步卫星外测数据的质量监控方法、装置和电子设备，涉及通信的技术领域，在获取到实时测距数据后，首先利用实时测距数据和日常轨道精密定轨与预报输出的卫星星历文件确定出实时测距数据对应的理论测距数据，然后再结合当前气象数据和测距系统误差确定出实时测距数据的随机误差。本发明将轨道动力学模型和观测模型等先验信息用于同步卫星外测数据的实时处理，提高了外测数据质量异常监测的敏感度，基于实时测距数据的随机误差变化可实现对同步卫星外测数据的实时监测评估，为及时掌握外测数据质量，调整定轨策略提供了数据支撑。

权利要求

1.一种同步卫星外测数据的质量监控方法，其特征在于，包括：接收地面测距主站发送的当前气象数据和实时测距数据；

获取日常轨道精密定轨与预报输出的卫星星历文件和测距系统误差；

基于实时测距数据和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距数据；

基于所述当前气象数据、所述测距系统误差、所述实时测距数据和所述理论测距数据确定所述实时测距数据的随机误差；其中，所述随机误差的大小用于表征实时测距数据的数据质量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于实时测距数据和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距数据，包括：获取所述实时测距数据的测距时标；

基于所述测距时标和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距参考值；

基于所述理论测距参考值和预设模糊周期对所述测距时标进行修正，得到测距伪码信号的实际发射时刻；

基于所述实际发射时刻和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述测距时标和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距参考值，包括：基于所述测距时标和所述卫星星历文件确定卫星在所述测距时标对应时刻的地心位置矢量；

若实时测距数据为单程测距数据或双程测距数据，则基于所述卫星在所述测距时标对应时刻的地心位置矢量和地面测距主站的地心位置矢量确定单程测距数据对应的理论测距参考值或双程测距数据对应的理论测距参考值；

若实时测距数据为四程测距数据，则基于所述卫星在所述测距时标对应时刻的地心位置矢量、所述地面测距主站的地心位置矢量和地面测距副站的地心位置矢量确定四程测距数据对应的理论测距参考值。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述实际发射时刻和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距数据，包括：基于所述实际发射时刻和所述卫星星历文件确定卫星在所述实际发射时刻的地心位置矢量；

若实时测距数据为单程测距数据或双程测距数据，则基于卫星在所述实际发射时刻的地心位置矢量和地面测距主站的地心位置矢量确定单程测距数据的测距时延或双程测距数据的测距时延；

基于所述单程测距数据的测距时延和光速确定单程测距数据对应的理论测距数据；或者，基于所述双程测距数据的测距时延和光速确定双程测距数据对应的理论测距数据；

若实时测距数据为四程测距数据，则基于卫星在所述实际发射时刻的地心位置矢量、地面测距主站的地心位置矢量和地面测距副站的地心位置矢量确定四程测距数据的测距时延；

基于所述四程测距数据的测距时延和光速确定四程测距数据对应的理论测距数据。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述当前气象数据、所述测距系统误差、所述实时测距数据和所述理论测距数据确定所述实时测距数据的随机误差，包括：对所述当前气象数据和所述实时测距数据进行野值辨识与剔除，得到目标气象数据和目标测距数据；

基于所述目标气象数据确定测距数据对应的大气折射修正量；

基于所述理论测距参考值和预设模糊周期对所述目标测距数据进行修正，得到修正后的测距数据；

基于所述大气折射修正量、所述测距系统误差、所述修正后的测距数据和所述理论测距数据确定所述实时测距数据的随机误差。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述理论测距参考值和预设模糊周期对所述测距时标进行修正，得到测距伪码信号的实际发射时刻，包括：基于算式t′＝t‑N·ΔT对所述测距时标进行修正，得到测距伪码信号的实际发射时刻；其中，t′表示测距伪码信号的实际发射时刻，t表示所述测距时标对应时刻，N表示模糊数，N＝|ρ′c/Δρ|，ρ′c表示所述理论测距参考值，Δρ＝ΔT*c，ΔT表示所述预设模糊周期，c表示光速。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述目标气象数据确定测距数据对应的大气折射修正量，包括：

利用算式 确定测距数据对应的大气折射修正量，其中，ΔR表示所述大气折射修正量，C表示大气折射率指数，EN表示理论测站仰角， 表示地面折射率， T表示绝对温度，P表示地面大气压，Pe表示地面水气压。

8.一种同步卫星外测数据的质量监控装置，其特征在于，包括：接收模块，用于接收地面测距主站发送的当前气象数据和实时测距数据；

获取模块，用于获取日常轨道精密定轨与预报输出的卫星星历文件和测距系统误差；

第一确定模块，用于基于实时测距数据和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距数据；

第二确定模块，用于基于所述当前气象数据、所述测距系统误差、所述实时测距数据和所述理论测距数据确定所述实时测距数据的随机误差；其中，所述随机误差的大小用于表征实时测距数据的数据质量。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行权利要求1至7中任一项所述的方法。

说明书

一种同步卫星外测数据的质量监控方法、装置和电子设备

技术领域

[0001] 本发明涉及通信的技术领域，尤其是涉及一种同步卫星外测数据的质量监控方法、装置和电子设备。

背景技术

[0002] 轨道测量与确定是同步卫星在轨管理系统的核心能力之一，也是保证同步卫星正常运行和应用效能充分有效发挥的重要基础。其中，轨道测量是实现高精度定轨和预报的
根本，外测数据处理的精度直接影响同步卫星定轨的精度。但是现有技术中，外测数据的总
体质量情况没有有效的手段进行监视，外测数据处理需要依靠专业技术人员手动进行复
核，无法快速的获知同步卫星定轨处理全流程的运行状态，人员工作强度大，不适应后续卫
星平台在轨管理的现状。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种同步卫星外测数据的质量监控方法、装置和电子设备，以基于实时测距数据的随机误差变化实现对卫星外测数据的实时监测评估，为及时掌
握外测数据质量，调整定轨策略提供了数据支撑。

[0004] 第一方面，本发明提供一种同步卫星外测数据的质量监控方法，包括：接收地面测距主站发送的当前气象数据和实时测距数据；获取日常轨道精密定轨与预报输出的卫星星
历文件和测距系统误差；基于实时测距数据和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对
应的理论测距数据；基于所述当前气象数据、所述测距系统误差、所述实时测距数据和所述
理论测距数据确定所述实时测距数据的随机误差；其中，所述随机误差的大小用于表征实
时测距数据的数据质量。

[0005] 在可选的实施方式中，基于实时测距数据和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距数据，包括：获取所述实时测距数据的测距时标；基于所述测距时标和
所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距参考值；基于所述理论测距参考
值和预设模糊周期对所述测距时标进行修正，得到测距伪码信号的实际发射时刻；基于所
述实际发射时刻和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距数据。

[0006] 在可选的实施方式中，基于所述测距时标和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距参考值，包括：基于所述测距时标和所述卫星星历文件确定卫星在所
述测距时标对应时刻的地心位置矢量；若实时测距数据为单程测距数据或双程测距数据，
则基于所述卫星在所述测距时标对应时刻的地心位置矢量和地面测距主站的地心位置矢
量确定单程测距数据对应的理论测距参考值或双程测距数据对应的理论测距参考值；若实
时测距数据为四程测距数据，则基于所述卫星在所述测距时标对应时刻的地心位置矢量、
所述地面测距主站的地心位置矢量和地面测距副站的地心位置矢量确定四程测距数据对
应的理论测距参考值。

[0007] 在可选的实施方式中，基于所述实际发射时刻和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距数据，包括：基于所述实际发射时刻和所述卫星星历文件确定卫
星在所述实际发射时刻的地心位置矢量；若实时测距数据为单程测距数据或双程测距数
据，则基于卫星在所述实际发射时刻的地心位置矢量和地面测距主站的地心位置矢量确定
单程测距数据的测距时延或双程测距数据的测距时延；基于所述单程测距数据的测距时延
和光速确定单程测距数据对应的理论测距数据；或者，基于所述双程测距数据的测距时延
和光速确定双程测距数据对应的理论测距数据；若实时测距数据为四程测距数据，则基于
卫星在所述实际发射时刻的地心位置矢量、地面测距主站的地心位置矢量和地面测距副站
的地心位置矢量确定四程测距数据的测距时延；基于所述四程测距数据的测距时延和光速
确定四程测距数据对应的理论测距数据。

[0008] 在可选的实施方式中，基于所述当前气象数据、所述测距系统误差、所述实时测距数据和所述理论测距数据确定所述实时测距数据的随机误差，包括：对所述当前气象数据
和所述实时测距数据进行野值辨识与剔除，得到目标气象数据和目标测距数据；基于所述
目标气象数据确定测距数据对应的大气折射修正量；基于所述理论测距参考值和预设模糊
周期对所述目标测距数据进行修正，得到修正后的测距数据；基于所述大气折射修正量、所
述测距系统误差、所述修正后的测距数据和所述理论测距数据确定所述实时测距数据的随
机误差。

[0009] 在可选的实施方式中，基于所述理论测距参考值和预设模糊周期对所述测距时标进行修正，得到测距伪码信号的实际发射时刻，包括：基于算式t′＝t‑N·ΔT对所述测距时
标进行修正，得到测距伪码信号的实际发射时刻；其中，t′表示测距伪码信号的实际发射时
刻，t表示所述测距时标对应时刻，N表示模糊数，N＝|ρ′c/Δρ|，ρ′c表示所述理论测距参考
值，Δρ＝ΔT*c，ΔT表示所述预设模糊周期，c表示光速。

[0010] 在可选的实施方式中，基于所述目标气象数据确定测距数据对应的大气折射修正量，包括：利用算式 确定测距数据对应的大气折射修
正量，其中，ΔR表示所述大气折射修正量，C表示大气折射率指数，EN表示理论测站仰角，
表示地面折射率， T表示绝对温度，P表示地面大气压，Pe表
示地面水气压。

[0011] 第二方面，本发明提供一种同步卫星外测数据的质量监控装置，包括：接收模块，用于接收地面测距主站发送的当前气象数据和实时测距数据；获取模块，用于获取日常轨
道精密定轨与预报输出的卫星星历文件和测距系统误差；第一确定模块，用于基于实时测
距数据和所述卫星星历文件确定所述实时测距数据对应的理论测距数据；第二确定模块，
用于基于所述当前气象数据、所述测距系统误差、所述实时测距数据和所述理论测距数据
确定所述实时测距数据的随机误差；其中，所述随机误差的大小用于表征实时测距数据的
数据质量。

[0012] 第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述前述实
施方式中任一项所述的方法的步骤。

[0013] 第四方面，本发明提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行前述实施方式中任一项所述的方法。

[0014] 本发明提供了一种同步卫星外测数据的质量监控方法，包括：接收地面测距主站发送的当前气象数据和实时测距数据；获取日常轨道精密定轨与预报输出的卫星星历文件
和测距系统误差；基于实时测距数据和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距数
据；基于当前气象数据、测距系统误差、实时测距数据和理论测距数据确定实时测距数据的
随机误差；其中，随机误差的大小用于表征实时测距数据的数据质量。

[0015] 本发明提供的同步卫星外测数据的质量监控方法，在获取到实时测距数据后，首先利用实时测距数据和日常轨道精密定轨与预报输出的卫星星历文件确定出实时测距数
据对应的理论测距数据，然后再结合当前气象数据和测距系统误差确定出实时测距数据的
随机误差。本发明方法将轨道动力学模型和观测模型等先验信息用于同步卫星外测数据的
实时处理，提高了外测数据质量异常监测的敏感度，基于实时测距数据的随机误差变化可
实现对卫星外测数据的实时监测评估，为及时掌握外测数据质量，调整定轨策略提供了数
据支撑。

附图说明

[0016] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前
提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0017] 图1为本发明实施例提供的一种同步卫星外测数据的质量监控方法的流程图；

[0018] 图2为本发明实施例提供的一种基于实时测距数据和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距数据的流程图；

[0019] 图3为本发明实施例提供的一种伪码测距测量原理示意图；

[0020] 图4为本发明实施例提供的一种双程测距和四程测距的示意图；

[0021] 图5为本发明实施例提供的一种多站双程和四程测距数据的质量监控界面；

[0022] 图6为本发明实施例提供的一种同步卫星外测数据的质量监控装置的功能模块图；

[0023] 图7为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。

具体实施方式

[0024] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0025] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通
技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。

[0026] 下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0027] 某同步卫星每天24小时进行测轨，测轨数据包括地面测距主站单程测距、双程测距数据和副站四程测距数据以及各站气象数据，地面运控中心每天使用这些轨道观测数据
完成该卫星的精密定轨。地面站设备改造与维护、设备切换、降雨等都会对同步卫星的外测
数据造成影响，有可能会影响卫星的定轨精度，岗位值班人员每天进行同步卫星轨道确定
任务时要根据外测数据质量的变化调整定轨策略。目前外测数据的总体质量情况没有有效
的手段进行监视，基本还需要依靠专业技术人员进行复核，导致卫星的精密定轨需要过多
的人工干预，既无法快速的获知同步卫星定轨处理全流程的运行状态，又导致人员工作强
度大，不适应后续卫星平台在轨管理的现状。有鉴于此，本发明实施例提供了一种同步卫星
外测数据的质量监控方法，用以缓解上文中所提出的技术问题。

[0028] 实施例一

[0029] 图1为本发明实施例提供的一种同步卫星外测数据的质量监控方法的流程图，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

[0030] 步骤S102，接收地面测距主站发送的当前气象数据和实时测距数据。

[0031] 具体的，本发明实施例提供的同步卫星外测数据的质量监控方法，主要是对实时测距数据的总体质量进行监控，实时测距数据包括：单程测距数据，双程测距数据，四程测
距数据，本发明实施例提供的方法适用于对上述任意一种测距数据进行质量评估。为了能
够降低气候对实时测距数据质量的影响，在对实时测距数据进行质量评估时，还需要将气
象数据考虑进去，因此，除了需要接收地面测距主站发送的实时测距数据以外，还需要获取
当前气象数据。

[0032] 步骤S104，获取日常轨道精密定轨与预报输出的卫星星历文件和测距系统误差。

[0033] 步骤S106，基于实时测距数据和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距数据。

[0034] 测距系统误差为日常轨道精密定轨输出的参量，用于对实时测距数据进行修正。为了能够计算出实时测距数据对应的理论测距数据，方法运行时还需要获取日常轨道预报
输出的卫星星历文件，基于卫星星历文件能够确定卫星在某一时刻下的地心位置矢量，且
接收到的地面测距主站发送的实时测距数据中，每个测距数据均带有测距时标，因此，基于
实时测距数据和卫星星历文件可以进行理论测距数据的计算。下文中将对理论测距数据的
计算方法进行详细的描述。

[0035] 步骤S108，基于当前气象数据、测距系统误差、实时测距数据和理论测距数据确定实时测距数据的随机误差。

[0036] 在计算得到理论测距数据后，利用当前气象数据能够计算出大气折射修正量，测距系统误差也能对实时测距数据进行一定量的修正，对实时测距数据进行上述两种修正
后，再与理论测距数据相减，即可确定出实时测距数据的随机误差；其中，随机误差的大小
用于表征实时测距数据的数据质量，显然，随机误差越大表示实时测距数据与理论测距数
据之间的差距较大，表明实时测距数据的数据质量较差或卫星轨道出现变化；反之，如果随
机误差较小，表明实时测距误差的数据质量较好。对于随机误差的大小判断，本发明实施例
不对其进行具体限定，用户可以根据实际需求设定相应的取值范围，从而快速判断出实时
测距数据的质量是否合格。

[0037] 本发明提供的同步卫星外测数据的质量监控方法，在获取到实时测距数据后，首先利用实时测距数据和日常轨道精密定轨与预报输出的卫星星历文件确定出实时测距数
据对应的理论测距数据，然后再结合当前气象数据和日常精密定轨输出的测距系统误差确
定出实时测距数据的随机误差。本发明方法将轨道动力学模型和观测模型等先验信息用于
卫星外测数据的实时处理，提高了外测数据质量异常监测的敏感度，基于实时测距数据的
随机误差变化可实现对卫星外测数据的实时监测评估，为及时掌握外测数据质量，调整定
轨策略提供了数据支撑。

[0038] 上文中对本发明实施例提供的同步卫星外测数据的质量监控方法进行了简要的描述，下面对其中涉及的相关方法步骤进行具体介绍。

[0039] 在一个可选的实施方式中，如图2所示，上述步骤S106，基于实时测距数据和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距数据，具体包括如下步骤：

[0040] 步骤S1061，获取实时测距数据的测距时标。

[0041] 步骤S1062，基于测距时标和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距参考值。

[0042] 具体的，通过上文中的描述可知，实时测距数据均携带测距时标，但实时测距数据所携带的测距时标并不是测距伪码信号的实际发射时刻，在本发明实施例中，计算理论测
距参考值时暂不考虑测距伪码信号在空间中的传输时延，也即，认为测距伪码信号的发射
时刻与接收测距伪码信号的时刻相同，对于四程测距数据，地面测距副站的接收时刻也与
上述发射时刻相同，因此利用上述特征，可以计算出每一种实时测距数据(单程、双程、四
程)对应的理论测距参考值。

[0043] 步骤S1063，基于理论测距参考值和预设模糊周期对测距时标进行修正，得到测距伪码信号的实际发射时刻。

[0044] 图3示出了一种伪码测距测量原理示意图，如图3所示，测量的测距数据R是通过计算最近的收“1”时间与最近的发“1”时间差得到的，同时测距时标打在最近的发“1”时标上，
如果测距数据跨6个模糊度，当收端收到第1个脉冲时，发“1”端已经到了第7个脉冲，因此测
距时标打在第7个脉冲上，此时测出的R值为未解模糊度的测距值，测距时标t也为未修正的
时标，在这种测量体制下，利用外测数据进行卫星轨道确定时，必须先对获得的测距数据和
对应的时标进行修正。

[0045] 在本发明实施例中，计算测距伪码信号的实际发射时刻时需使用理论测距参考值与预设模糊周期，单程测距数据、双程测距数据和四程测距数据的预设模糊周期通过设备
研制方获取。在计算单程、双程以及四程测距数据的测距伪码信号的实际发射时刻时，需要
使用相应的理论测距参考值和预设模糊周期。下文中将对具体计算方法进行详细介绍。

[0046] 步骤S1064，基于实际发射时刻和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距数据。

[0047] 具体的，在确定了测距伪码信号的实际发射时刻之后，利用卫星星历文件即可确定出卫星在测距伪码信号的实际发射时刻的地心位置矢量，针对单程测距数据或双程测距
数据，只需要再与地面测距主站的地心位置矢量相结合即可确定出单程测距数据和双程测
距数据对应的理论测距数据；而对于四程测距数据，由于测距过程还涉及到地面测距副站，
因此，在确定出卫星在测距伪码信号的实际发射时刻的地心位置矢量之后，还需要再与地
面测距主站的地心位置矢量以及地面测距副站的地心位置矢量相结合才能确定出四程测
距数据对应的理论测距数据。

[0048] 上文中对如何基于实时测距数据和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距数据的过程进行了简要描述，下面对其中如何确定实时测距数据对应的理论测距参考
值的方法进行具体介绍。

[0049] 在一个可选的实施方式中，上述步骤S1062，基于测距时标和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距参考值，具体包括如下步骤：

[0050] 步骤S10621，基于测距时标和卫星星历文件确定卫星在测距时标对应时刻的地心位置矢量。

[0051] 具体的，卫星星历文件是记载卫星运行轨道数据的文件，利用卫星星历文件并给定测距时标，即可确定出测距时标对应时刻下卫星的地心位置矢量。

[0052] 具体的，本发明实施例使用星历文件进行插值计算求解卫星的地心位置矢量，插值方法采用拉格朗日多项式插值，设函数在x1,x2,…,xn(相当于本发明实施例中的卫星的
地心位置矢量对应的时间)各点上的值分别为y1,y2,…,yn(相当于本发明实施例中的卫星
的地心位置矢量)，拉格朗日多项式插值的经典公式如下：
利用上述插值公式，
即可确定出卫星在测距时标对应时刻的地心位置矢量。一般地，卫星星历插值选择7‑8阶多
项式进行插值，可选的，n取值为8。

[0053] 若实时测距数据为单程测距数据或双程测距数据，则执行步骤S10622；若实时测距数据为四程测距数据，则执行步骤S10623。

[0054] 步骤S10622，基于卫星在测距时标对应时刻的地心位置矢量和地面测距主站的地心位置矢量确定单程测距数据对应的理论测距参考值或双程测距数据对应的理论测距参
考值。

[0055] 由于单程测距数据和双程测距数据所涉及到的对象均为地面测距主站和卫星，在忽略测距伪码信号在空间的传输时延的前提下，可认为双程测距数据对应的理论测距参考
值为单程测距数据对应的理论参考值的2倍，也即 其中，ρ′2表示双程
测距数据对应的理论测距参考值，ρ′1表示单程测距数据对应的理论参考值， 表示卫星在
测距时标对应时刻t0的地心位置矢量， 表示地面测距主站在测距时标对应时刻t0的地心
位置矢量。

[0056] 步骤S10623，基于卫星在测距时标对应时刻的地心位置矢量、地面测距主站的地心位置矢量和地面测距副站的地心位置矢量确定四程测距数据对应的理论测距参考值。

[0057] 由于四程测距数据所涉及到的对象为地面测距主站、卫星和地面测距副站，在忽略测距伪码信号在空间的传输时延的前提下，四程测距数据对应的理论测距参考值可利用
算式 来进行计算，其中， 表示地面测距副站在测距时标对应时
刻t0的地心位置矢量(一般不随时间改变)。

[0058] 上文中对如何计算实时测距数据对应的理论测距参考值的过程进行了详细的描述，下面对如何确定实时测距数据对应的理论测距数据进行具体介绍。

[0059] 在一个可选的实施方式中，上述步骤S1064，基于实际发射时刻和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距数据，具体包括如下步骤：

[0060] 步骤S10641，基于实际发射时刻和卫星星历文件确定卫星在实际发射时刻的地心位置矢量。

[0061] 具体的，同上述步骤S10621，利用拉格朗日多项式插值公式即可求得卫星在测距伪码信号的实际发射时刻下的地心位置矢量。

[0062] 若实时测距数据为单程测距数据或双程测距数据，则执行步骤S10642‑步骤S10643；若实时测距数据为四程测距数据，则执行步骤S10644‑步骤S10645。

[0063] 步骤S10642，基于卫星在实际发射时刻的地心位置矢量和地面测距主站的地心位置矢量确定单程测距数据的测距时延或双程测距数据的测距时延。

[0064] 步骤S10643，基于单程测距数据的测距时延和光速确定单程测距数据对应的理论测距数据；或者，基于双程测距数据的测距时延和光速确定双程测距数据对应的理论测距
数据。

[0065] 具体的，在计算任意一种测距数据(单程或双程或四程)对应的理论测距数据时，首先要计算该测距数据的测距时延，然后将该测距数据的测距时延与光速相乘即可求得该
测距数据对应的理论测距数据。例如，在计算单程测距数据对应的理论测距数据时，首先要
计算单程测距数据的测距时延，然后将单程测距数据的测距时延与光速相乘即可求得单程
测距数据对应的理论测距数据。

[0066] 单程测距数据的测距时延为测距伪码信号由地面测距主站发送至卫星的时延，单程测距数据的测距时延可使用算式 进行表示，其中，τ1表示单程测距数
据的测距时延，t2表示卫星接收到测距伪码信号的时刻，t1表示地面测距主站发送测距伪码
信号的时刻， 表示t2时刻卫星的地心位置矢量， 表示t1时刻地面测距主站的地心位置
矢量。当前已求得了测距伪码信号的发射时刻t1，以及卫星在测距伪码信号的实际发射时
刻下的地心位置矢量 地面站的精确坐标可知，可以通过坐标转换得到相应时刻的地心
位置矢量，所以卫星接收到测距伪码信号的时刻t2以及t2时刻卫星的地心位置矢量 为未
知数。

[0067] 本发明实施例使用以下方法来求取任意一段“测距信号的接收端位置随时间变化”的转发区间的测距时延，假设测距伪码信号的某一段转发区间为从目标A发送到目标B，
且测距信号从目标A出发的时刻为ts，那么从目标A转发到目标B的测距信号传输时延
其中，目标B在ts+τ时刻的地心位置矢量 为未知数，目标A在ts时刻的地
心位置矢量 为已知数，c表示光速，τ可利用如下算法来进行求解：

[0068] 1)计算 并判断Δτ＝τ″‑τ′是否小于10‑12；其中，首次计算时，令τ′＝0；

[0069] 2)若不小于，则将当前计算得到的τ″作为下一次迭代计算时的τ′，并利用步骤1)‑12
中的算式迭代计算下一代的τ″，直至Δτ收敛(Δτ<10 )，并将满足收敛条件的τ″作为目标
A转发到目标B的测距信号传输时延τ。

[0070] 利用以上方法即可求得单程测距数据的测距时延τ1。然后将τ1与光速相乘即可求得单程测距数据对应的理论测距数据。根据 可计算出卫星接收到测距
伪码信号的时刻t2，进一步结合卫星星历文件可计算出t2时刻卫星的地心位置矢量

[0071] 图4为本发明实施例提供的一种双程测距和四程测距的示意图，图4中，实线表示双程测距时测距伪码信号的流向，虚线表示四程测距时测距伪码信号的流向。双程测距数
据的测距时延应表示为τ1+τ2，其中 τ1表示测距伪码信号由地面测距
主站发送至卫星的时延，τ2表示卫星将测距伪码信号返回至地面测距主站的时延，上文中
已经计算出τ1，t2和 那么利用上文中所描述的求取任意一段测距信号的接收端位置随
时间变化的转发区间的测距时延的方法，可以求出τ2和测距伪码信号返回至地面测距主站
的时刻t3，进而确定出双程测距数据的测距时延τ1+τ2。然后将τ1+τ2与光速相乘即可求得双
程测距数据对应的理论测距数据。

[0072] 步骤S10644，基于卫星在实际发射时刻的地心位置矢量、地面测距主站的地心位置矢量和地面测距副站的地心位置矢量确定四程测距数据的测距时延。

[0073] 步骤S10645，基于四程测距数据的测距时延和光速确定四程测距数据对应的理论测距数据。

[0074] 四程测距数据的测距时延应表示为τ1+τ3+τ4+τ5，其中 τ1表示测距伪码信号由地面测距主站发送至卫星的时延，τ3表示卫星将测距伪码信号转发至地
面测距副站的时延，τ4表示地面测距副站将测距伪码信号转发至卫星的时延，τ5表示卫星将
测距伪码信号转发至地面测距主站的时延。

[0075] 上文中已经计算出τ1，t2和 τ3的算式中未知参量为测距伪码信号转发至地面测距副站的时刻t4，以及t4时刻地面测距副站的地心位置矢量 利用上文中所描述的求
取任意一段测距信号的接收端位置随时间变化的转发区间的测距时延的方法，可以得出τ3
和t4。

[0076] 进一步的，τ4的算式中未知参量为测距伪码信号转发至卫星的时刻t5，以及t5时刻卫星的地心位置矢量 利用上文中所描述的求取任意一段测距信号的接收端位置随时
间变化的转发区间的测距时延的方法，可以得出τ4，t5，进一步结合卫星星历文件可计算出

[0077] 进一步的，τ5的算式中未知参量为测距伪码信号转发至地面测距主站的时刻t6，以及t6时刻地面测距主站的地心位置矢量 利用上文中所描述的求取任意一段测距信号的
接收端位置随时间变化的转发区间的测距时延的方法，可以得出τ5和t6，进而确定出四程测
距数据的测距时延τ1+τ3+τ4+τ5，然后将τ1+τ3+τ4+τ5与光速相乘即可求得四程测距数据对应
的理论测距数据。

[0078] 上文中对如何确定出任一种实时测距数据对应的理论测距数据的方法进行了详细的描述，下面对如何计算实时测距数据的随机误差的方法进行具体描述。

[0079] 在一个可选的实施方式中，上述步骤S108，基于当前气象数据、测距系统误差、实时测距数据和理论测距数据确定实时测距数据的随机误差，具体包括如下步骤：

[0080] 步骤S1081，对当前气象数据和实时测距数据进行野值辨识与剔除，得到目标气象数据和目标测距数据。

[0081] 卫星外测数据为地面测距主站实时观测，要快速对数据予以处理，辨识和剔除数据包含的野值，必须建立既节省内存，又确保精度和实时性要求的外测数据野值剔除算法。
本发明实施例中利用滑动数据拟合方法，不断改进拟合系数，提高拟合精度，再用函数通过
预报以检验观测数据的合理性。

[0082] 具体的，令yj(j＝1～n)表示某时刻外测数据观测量，为了不失一般性，认为yj是时间t的二阶函数： 因为测量是等间隔的，即tj＝j*h，其h为采样间隔(常
值)，j为采样点点序。可以根据最小二乘原理，确定合适的拟合系数，以使
将求得方差E最小时称为的最佳二乘拟合逼近。

[0083] 对于点序j观测数据yj，分别取其前n个数据：yj‑n ,…yj‑1，算式两侧分别对多项式拟合系数a0,a1,a2求导，并令其为零，可得
系数的拟合值为：
n+1
其中，α＝2 ，

[0084] 由此便可确定出观测数据的拟合函数

[0085] 这样就可以利用拟合值 检验原观测值yj是否失真，若失真，则利用拟合值 予以修复，以上是以第j点数据为例说明利用拟合法修复数据的具体思想。

[0086] 由于数据观测是连续的，即由于目标在不断运动，拟合函数需根据运动变化予以更新，才能提高野值辨识和剔除的效率。因此，利用新观测的数据，辅助以下滑动方法，不断
改进系数拟合值 提高拟合精度，再用该函数通过预报以检验观测数据的合理性。

[0087] 通过上文中的描述可知，外测数据野值辨识与剔除的流程如下：

[0088] (1)构造n个外测数据缓冲区；

[0089] (2)利用缓冲区累计的n个数据y1,…yn构造拟合函数

[0090] (3)对于利用步骤(2)求得新观测数据yn+1的预报值

[0091] (4)判断 是否成立，其中，σ2表示野值判门限值，一般取17倍的设备观测精度指标值；

[0092] (5)若不等式成立，则说明yn+1为正常数据点，且缓冲区利用先进先出原则去除第一点y1，补充yn+1到缓冲区以重复以上过程；

[0093] (6)若不等式不成立，则利用 代替yn+1，重复上述步骤(1)‑(4)。

[0094] 在判断过程中，如果连续若干个(例如5个)新的观测数据均不能让步骤(4)中的不等式成立，则将缓冲区中的数据丢弃，重新选取并构造新的拟合函数。

[0095] 因此，在计算随机误差之前，首先需要利用上述方法对当前气象数据和实时测距数据进行野值辨识与剔除，得到目标气象数据和目标测距数据。

[0096] 步骤S1082，基于目标气象数据确定测距数据对应的大气折射修正量。

[0097] 气象数据是修正观测数据折射误差的基本依据，因此，可以根据地面测距主站发送的气象数据实时对测距数据进行实时修正，在本发明实施例中，具体为基于目标气象数
据计算出测距数据对应的大气折射修正量，以供后续步骤中计算实时测距数据的随机误
差。

[0098] 步骤S1083，基于理论测距参考值和预设模糊周期对目标测距数据进行修正，得到修正后的测距数据。

[0099] 上文中介绍了对测距时标进行修正的过程，与时标修正的原理类似，对于目标测距数据也需要进行修正，具体的，本发明实施例使用算式 来计算修
正后的测距数据，其中，ρ″c表示修正后的测距数据，ρc表示实时测距数据，ρ′c表示实时测距
数据对应的理论测距参考值，c表示光速，ΔT表示实时测距数据对应的预设模糊周期。在对
单程、双程以及四程测距数据进行修正时，需要使用相应的理论测距参考值和相应的预设
模糊周期。

[0100] 步骤S1084，基于大气折射修正量、测距系统误差、修正后的测距数据和理论测距数据确定实时测距数据的随机误差。

[0101] 在计算出大气折射修正量、测距系统误差、修正后的测距数据和理论测距数据之后，本发明实施例采用算式 来计算实时测距数据的随机误差，其
中，Δσ表示实时测距数据的随机误差，ρ″c表示修正后的测距数据， 表示实时测距数据对
应的理论测距数据，Δρtrop表示大气折射修正量，Δρs表示测距系统误差。

[0102] 对于一个跟踪弧段内的数据，还可以计算随机误差均方差来进一步评估外测数据质量，随机误差均方差的估计值为 其中，M表示跟踪弧段内测量数据
的总数。

[0103] 在一个可选的实施方式中，上述步骤S1063，基于理论测距参考值和预设模糊周期对测距时标进行修正，得到测距伪码信号的实际发射时刻，具体包括如下内容：

[0104] 基于算式t′＝t‑N·ΔT对测距时标进行修正，得到测距伪码信号的实际发射时刻；其中，t′表示测距伪码信号的实际发射时刻，t表示测距时标对应时刻，N表示模糊数，N
＝|ρ′c/Δρ|，ρ′c表示理论测距参考值，Δρ＝ΔT*c，ΔT表示预设模糊周期，c表示光速。

[0105] 具体的，本发明实施例利用算式 计算测距伪码信号的实际发射时刻，Δρ＝ΔT*c可理解为模糊距离，其中，单程测距数据、双程测距数据和四程测距数据
对应的预设模糊周期跟设备有关。在计算单程、双程以及四程测距数据的测距伪码信号的
实际发射时刻时，需要使用相应的理论测距参考值和相应的预设模糊周期。

[0106] 在一个可选的实施方式中，上述步骤S1082，基于目标气象数据确定测距数据对应的大气折射修正量，具体包括如下内容：

[0107] 利用算式 确定测距数据对应的大气折射修正量，其中，ΔR表示大气折射修正量，C表示大气折射率指数，EN表示理论测站仰角， 表
示地面折射率， T表示绝对温度，P表示地面大气压，Pe表示
地面水气压。

[0108] 为简化气象观测，综合考虑可将大气折射率指数C取统计平均值1.4142E‑4(1/米)，绝对温度T＝T0+T′，其中，T0＝273.15(℃)，T′表示地面温度，地面水气压
U表示地面相对湿度。

[0109] 综上所述，本发明实施例提供了一种高精度的同步卫星外测数据的质量监控方法，该方法将轨道动力学模型(使用了卫星星历)和观测模型(结合了测距系统误差)等先验
信息用于同步卫星外测数据的实时处理，提高了外测数据质量异常监测的敏感度，基于实
时测距数据的随机误差变化可实现对卫星外测数据的实时监测评估，为及时掌握外测数据
质量，调整定轨策略提供了数据支撑。

[0110] 图5示出了多站双程和四程测距数据的质量监控界面，图5中左侧视图表示地面测距主站发送的经模糊距离和时标修正、以及野值辨识与剔除后的原始观测数据，显示的数
字为当前观测时刻的测量值。图5中右侧视图为随机误差，显示的数字为该弧段统计的随机
误差均值。从图5中可以看出，副站2失锁，外测数据出现了异常。

[0111] 实施例二

[0112] 本发明实施例还提供了一种同步卫星外测数据的质量监控装置，该同步卫星外测数据的质量监控装置主要用于执行上述实施例一所提供的卫星外测数据的质量监控方法，
以下对本发明实施例提供的同步卫星外测数据的质量监控装置做具体介绍。

[0113] 图6是本发明实施例提供的一种同步卫星外测数据的质量监控装置的功能模块图，如图6所示，该装置主要包括：接收模块10，获取模块20，第一确定模块30，第二确定模块
40，其中：

[0114] 接收模块10，用于接收地面测距主站发送的当前气象数据和实时测距数据。

[0115] 获取模块20，用于获取日常轨道精密定轨与预报输出的卫星星历文件和测距系统误差。

[0116] 第一确定模块30，用于基于实时测距数据和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距数据。

[0117] 第二确定模块40，用于基于当前气象数据、测距系统误差、实时测距数据和理论测距数据确定实时测距数据的随机误差；其中，随机误差的大小用于表征实时测距数据的数
据质量。

[0118] 本发明提供的同步卫星外测数据的质量监控装置，包括：接收模块10，用于接收地面测距主站发送的当前气象数据和实时测距数据。获取模块20，用于获取日常轨道精密定
轨与预报输出的卫星星历文件和测距系统误差。第一确定模块30，用于基于实时测距数据
和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距数据。第二确定模块40，用于基于当前
气象数据、测距系统误差、实时测距数据和理论测距数据确定实时测距数据的随机误差；其
中，随机误差的大小用于表征实时测距数据的数据质量。本发明装置将轨道动力学模型和
观测模型等先验信息用于同步卫星外测数据的实时处理，提高了外测数据质量异常监测的
敏感度，基于实时测距数据的随机误差变化可实现对同步卫星外测数据的实时监测评估，
为及时掌握外测数据质量，调整定轨策略提供了数据支撑。

[0119] 可选的，第一确定模块30包括：

[0120] 获取单元，用于获取实时测距数据的测距时标。

[0121] 第一确定单元，用于基于测距时标和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距参考值。

[0122] 第一修正单元，用于基于理论测距参考值和预设模糊周期对测距时标进行修正，得到测距伪码信号的实际发射时刻。

[0123] 第二确定单元，用于基于实际发射时刻和卫星星历文件确定实时测距数据对应的理论测距数据。

[0124] 可选的，第一确定单元具体用于：

[0125] 基于测距时标和卫星星历文件确定卫星在测距时标对应时刻的地心位置矢量。

[0126] 若实时测距数据为单程测距数据或双程测距数据，则基于卫星在测距时标对应时刻的地心位置矢量和地面测距主站的地心位置矢量确定单程测距数据对应的理论测距参
考值或双程测距数据对应的理论测距参考值。

[0127] 若实时测距数据为四程测距数据，则基于卫星在测距时标对应时刻的地心位置矢量、地面测距主站的地心位置矢量和地面测距副站的地心位置矢量确定四程测距数据对应
的理论测距参考值。

[0128] 可选的，第二确定单元具体用于：

[0129] 基于实际发射时刻和卫星星历文件确定卫星在实际发射时刻的地心位置矢量。

[0130] 若实时测距数据为单程测距数据或双程测距数据，则基于卫星在实际发射时刻的地心位置矢量和地面测距主站的地心位置矢量确定单程测距数据的测距时延或双程测距
数据的测距时延。

[0131] 基于单程测距数据的测距时延和光速确定单程测距数据对应的理论测距数据；或者，基于双程测距数据的测距时延和光速确定双程测距数据对应的理论测距数据。

[0132] 若实时测距数据为四程测距数据，则基于卫星在实际发射时刻的地心位置矢量、地面测距主站的地心位置矢量和地面测距副站的地心位置矢量确定四程测距数据的测距
时延。

[0133] 基于四程测距数据的测距时延和光速确定四程测距数据对应的理论测距数据。

[0134] 可选的，第二确定模块40包括：

[0135] 野值辨识与剔除单元，用于对当前气象数据和实时测距数据进行野值辨识与剔除，得到目标气象数据和目标测距数据。

[0136] 第三确定单元，用于基于目标气象数据确定测距数据对应的大气折射修正量。

[0137] 第二修正单元，用于基于理论测距参考值和预设模糊周期对目标测距数据进行修正，得到修正后的测距数据。

[0138] 第三确定单元，用于基于大气折射修正量、测距系统误差、修正后的测距数据和理论测距数据确定实时测距数据的随机误差。

[0139] 可选的，第一修正单元具体用于：

[0140] 基于算式t′＝t‑N·ΔT对测距时标进行修正，得到测距伪码信号的实际发射时刻；其中，t′表示测距伪码信号的实际发射时刻，t表示测距时标对应时刻，N表示模糊数，N
＝|ρ′c/Δρ|，ρ′c表示理论测距参考值，Δρ＝ΔT*c，ΔT表示预设模糊周期，c表示光速。

[0141] 可选的，第三确定单元具体用于：

[0142] 利用算式 确定测距数据对应的大气折射修正量，其中，ΔR表示大气折射修正量，C表示大气折射率指数，EN表示理论测站仰角， 表
示地面折射率， T表示绝对温度，P表示地面大气压，Pe表示
地面水气压。

[0143] 实施例三

[0144] 参见图7，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：处理器60，存储器61，总线62和通信接口63，所述处理器60、通信接口63和存储器61通过总线62连接；处理器
60用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。

[0145] 其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non‑volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少
一个通信接口63(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信
连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

[0146] 总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或
一种类型的总线。

[0147] 其中，存储器61用于存储程序，所述处理器60在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理
器60中，或者由处理器60实现。

[0148] 处理器60可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的
处理器60可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络
处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal 
Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称
ASIC)、现成可编程门阵列(Field‑Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程
逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中
的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任
何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理
器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随
机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本
领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器60读取存储器61中的信息，结合
其硬件完成上述方法的步骤。

[0149] 本发明实施例所提供的一种同步卫星外测数据的质量监控方法、装置和电子设备的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介
质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见
方法实施例，在此不再赘述。

[0150] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

[0151] 所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明
的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件
产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得
一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所
述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read‑
Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以
存储程序代码的介质。

[0152] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0153] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该
发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不
是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不
能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理
解为指示或暗示相对重要性。

[0154] 此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构
一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

[0155] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一
体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接
相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上
述术语在本发明中的具体含义。

[0156] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。