一種gnss實時定軌系統(tǒng)和定軌方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）實時定軌系統(tǒng)，尤其適用于在中低軌 衛(wèi)星復(fù)雜空間應(yīng)用環(huán)境下，星載衛(wèi)星導(dǎo)航接收機的GNSS定軌系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 從GPS系統(tǒng)（衛(wèi)星定位系統(tǒng)）正式運行起，特別是2000年SA政策取消以來，以GPS 為代表的具有全球性、高精度、觀測數(shù)據(jù)量多和低成本等特點的星載GNSS實時定軌技術(shù)得 到了迅速發(fā)展，逐漸成為衛(wèi)星測控的關(guān)鍵技術(shù)手段之一。
[0003] 基于GNSS的實時定軌系統(tǒng)在星載GNSS接收機內(nèi)的處理器或星上處理器中運行， 其計算能力有限，無法和地面的數(shù)據(jù)處理設(shè)備相比；且實時定軌系統(tǒng)需要在沒有人工干預(yù) 的情況下保持長期穩(wěn)定運行。現(xiàn)有的星載GNSS實時定軌主要包括以下三種方法：幾何學(xué)實 時定軌、基于幾何學(xué)實時定軌結(jié)果的動力學(xué)濾波（松散濾波法）、基于偽距觀測數(shù)據(jù)的濾波 法（緊密濾波法）。其中，緊密濾波法由于具有導(dǎo)航星數(shù)少于4顆時仍能正常工作、能夠合 理根據(jù)觀測誤差設(shè)置觀測噪聲協(xié)方差矩陣、可實時調(diào)整濾波器的隨機參數(shù)設(shè)置等優(yōu)點，成 為當(dāng)前星載實時GNSS定軌算法的主要方法。但是，緊密濾波法需要考慮接收機鐘差模型， 估計向量的維數(shù)較大，運算量較大，需要濾波器更高的穩(wěn)定性并且數(shù)學(xué)模型比松散濾波法 更為復(fù)雜，往往需要一個軌道周期以上至數(shù)個軌道周期不等的時間方能穩(wěn)定濾波，對于系 統(tǒng)的運行可靠性要求更高。
[0004] 空間環(huán)境不同于地面，其中存在著的許多電磁波與高能粒子，它們會對運行于其 中的電子器件產(chǎn)生各種輻射效應(yīng)。如果星載電子系統(tǒng)沒有任何防輻射措施，將很容易受到 電磁波的輻射和高能粒子的沖擊，從而影響到電子系統(tǒng)內(nèi)部微電子器件的性能和參數(shù)，導(dǎo) 致衛(wèi)星工作的異?；蚬收?。輻射環(huán)境下射線與物質(zhì)相互作用的基本形式是位移和電離。微 電子器件受到輻射后，將產(chǎn)生各種各樣的輻射效應(yīng)，從數(shù)據(jù)擾動到永久損傷，從參數(shù)漂移到 器件完全失效?？臻g中輻射效應(yīng)主要包括總劑量效應(yīng)、單粒子翻轉(zhuǎn)、單粒子閂鎖、單粒子功 能中斷、單粒子瞬時效應(yīng)、單粒子燒毀等，其中對SRAM存儲器最常見、影響最廣泛的是總劑 量效應(yīng)和單粒子效應(yīng)。
[0005] 在眾多的單粒子效應(yīng)中，對電路影響最大的是單粒子閂鎖效應(yīng)和單粒子翻轉(zhuǎn)效 應(yīng)，其中又以單粒子翻轉(zhuǎn)效應(yīng)對星載RAM的影響最大。單粒子翻轉(zhuǎn)是指存儲器的信息邏輯 翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生瞬態(tài)故障。對于星載RAM存儲器來說，單粒子翻轉(zhuǎn)會造成RAM存儲器數(shù)據(jù)位反 轉(zhuǎn)，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的運行錯誤，引起程序的"跑飛"或者"死機"，造成關(guān)鍵變量的翻轉(zhuǎn)，弓丨 起功能邏輯的紊亂，比如中途退出循環(huán)程序、錯誤執(zhí)行條件語句等一系列故障。
[0006] 目前，針對星載嵌入式系統(tǒng)RAM存儲器單粒子翻轉(zhuǎn)事件的處理，主要采取硬件保 護(hù)電路方式：在處理器與RAM存儲器之間采用專門的錯誤檢測與修復(fù)（EDAC)電路進(jìn)行保 護(hù)。不過，由于EDAC電路的存在，限制了處理器訪問外部存儲器的速度，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的運 行效率的低下，特別是在需要計算量巨大的GNSS實時定軌系統(tǒng)中，對于外部存儲器的訪問 效率要求更高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為了解決上述至少一個問題和/或不足，并提供下述至少一種優(yōu)點，相應(yīng) 的提供了一種星載GNSS實時定軌系統(tǒng)和定軌方法，其能夠在中低軌道環(huán)境下長期穩(wěn)定運 行。
[0008] -方面，提供一種GNSS實時定軌系統(tǒng)，包括：DSP處理器模塊、糾檢錯電路EDAC模 塊、SRAM存儲器模塊和FLASH數(shù)據(jù)存儲器模塊，其中，所述的SRAM存儲器模塊包括SRAM數(shù) 據(jù)存儲器模塊和SRAM檢驗碼存儲器模塊，SRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊用于外部SRAM數(shù)據(jù)存儲， SRAM檢驗碼存儲器模塊用于存儲糾檢錯電路EDAC模塊的校驗數(shù)據(jù)；
[0009] 所述的DSP處理器模塊用于接收外部連續(xù)輸入的GNSS原始測量數(shù)據(jù)、星歷數(shù)據(jù)和 歷書數(shù)據(jù)，運行GNSS定軌軟件，實現(xiàn)定軌解算功能，為星上設(shè)備提供高精度軌道信息，遍歷 SRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊的所有可用空間，響應(yīng)糾檢錯電路EDAC模塊的SRAM單粒子翻轉(zhuǎn)監(jiān)測 中斷信號，監(jiān)測SRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊中的程序段數(shù)據(jù)與常量數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)，監(jiān)測并處理SRAM 單粒子翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0010] 另一方面，提供一種GNSS實時定軌方法，能夠?qū)崿F(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)監(jiān)控功能，其能夠 監(jiān)測SRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊的單粒子翻轉(zhuǎn)；該功能由硬件糾檢錯電路EDAC模塊、SRAM監(jiān)控 模塊和SRAM遍歷模塊實現(xiàn)；其中，SRAM監(jiān)控模塊和SRAM遍歷模塊設(shè)計在定軌軟件中，定軌 軟件存儲于FLASH存儲器模塊。
[0011] 所述的SRAM監(jiān)控模塊被周期調(diào)度，每次檢測一定長度的數(shù)據(jù)，主要是對程序中不 發(fā)生變化的代碼段、數(shù)據(jù)初值段以及常量段進(jìn)行監(jiān)控，在DSP處理器模塊后臺空閑時段將 FLASH數(shù)據(jù)存儲器模塊中的三備份代碼三取二以后與SRAM數(shù)據(jù)存儲器模塊中相應(yīng)數(shù)據(jù)比 較，若發(fā)現(xiàn)不一致則進(jìn)行回寫操作。
[0012] 所述的SRAM遍歷模塊在定軌軟件空閑時刻，循環(huán)遍歷整個SRAM數(shù)據(jù)存儲器，根據(jù) 軟件的運行時間余量，周期調(diào)度，每次讀一定長度的存儲空間，以便在軟件正常的讀寫訪問 前，硬件糾檢錯電路EDAC模塊軟件能夠及時檢測到已發(fā)生的SRAM數(shù)據(jù)翻轉(zhuǎn)，中斷定軌軟件 進(jìn)行處理，避免單粒子翻轉(zhuǎn)事件造成定軌軟件運行故障。
[0013] 優(yōu)選地，本發(fā)明的定軌方法還能夠?qū)Χㄜ壾浖\行狀態(tài)和解算結(jié)果進(jìn)行實時備份 存儲，在系統(tǒng)復(fù)位啟動后恢復(fù)實時定軌系統(tǒng)狀態(tài)與數(shù)據(jù)，確保無論因為單粒子翻轉(zhuǎn)未能及 時處理被動復(fù)位、多比特翻轉(zhuǎn)主動復(fù)位，還是因為其他故障系統(tǒng)重啟，GNSS定軌系統(tǒng)都能在 首次穩(wěn)定濾波后無縫進(jìn)入定軌濾波穩(wěn)定狀態(tài)，實現(xiàn)重啟后繼續(xù)保持穩(wěn)定濾波狀態(tài)的熱啟動 功能。
[0014] 優(yōu)選地，在本發(fā)明定軌方法中，在發(fā)現(xiàn)軟件故障需要在軌維護(hù)時使用程序上注功 能，定軌軟件程序上注后，首次啟動前清除備份數(shù)據(jù)有效狀態(tài)，寫"上電標(biāo)志寄存器"內(nèi)容為 非狗咬復(fù)位標(biāo)識，保證程序重組后能夠運行正常。
[0015] 該系統(tǒng)利用EDAC電路、SRAM監(jiān)控措施以及SRAM循環(huán)遍歷訪問，實時檢測并處理 SRAM中發(fā)生的單粒子翻轉(zhuǎn)事件，確保了整個系統(tǒng)對于單比特單粒子翻轉(zhuǎn)事件的基本免疫， 能夠部分處理多比特單粒子翻轉(zhuǎn)事件；采用實時存儲熱啟動的設(shè)計，確保發(fā)生單比特翻轉(zhuǎn) 未能及時處理、多比特單粒子翻轉(zhuǎn)或軟件故障重啟后，定軌系統(tǒng)快速無縫恢復(fù)，也提高了實 時定軌系統(tǒng)對于其他故障的應(yīng)對處理能力，確保實時定軌系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。
[0016] 本發(fā)明提高了 GNSS導(dǎo)航接收機基于GNSS的精密定軌系統(tǒng)的運行可靠性。通過構(gòu) 建基于硬件糾檢錯電路、實時SRAM監(jiān)控、SRAM遍歷相結(jié)合的抗空間單粒子系統(tǒng)，提高整個 定軌系統(tǒng)空間環(huán)境適應(yīng)能力。該系統(tǒng)利用EDAC電路、SRAM監(jiān)控措施以及SRAM循環(huán)遍歷訪 問，實時檢測并處理SRAM中發(fā)生的單粒子翻轉(zhuǎn)事件，確保了整個系統(tǒng)對于單比特單粒子翻 轉(zhuǎn)事件的基本免疫，能夠部分處理多比特單粒子翻轉(zhuǎn)事件；采用實時存儲熱啟動的設(shè)計，利 用SRAM實時存儲備份定軌軟件工作狀態(tài)與數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)復(fù)位啟動后恢復(fù)實時定軌系統(tǒng)狀 態(tài)與數(shù)據(jù)，確保發(fā)生單比特翻轉(zhuǎn)未能及時處理、多比特單粒子翻轉(zhuǎn)或軟件故障重啟后，定軌 系統(tǒng)快速無縫恢復(fù)，也提高了實時定軌系統(tǒng)對于其他故障的應(yīng)對處理能力，確保實時定軌 系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。
【附圖說明】
[0017] 圖1為GNSS實時定軌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0018] 圖2為ED