一种gnss实时定轨系统和定轨方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种GNSS(全球卫星导航系统）实时定轨系统，尤其适用于在中低轨 卫星复杂空间应用环境下，星载卫星导航接收机的GNSS定轨系统。
【背景技术】
[0002] 从GPS系统（卫星定位系统）正式运行起，特别是2000年SA政策取消以来，以GPS 为代表的具有全球性、高精度、观测数据量多和低成本等特点的星载GNSS实时定轨技术得 到了迅速发展，逐渐成为卫星测控的关键技术手段之一。
[0003] 基于GNSS的实时定轨系统在星载GNSS接收机内的处理器或星上处理器中运行， 其计算能力有限，无法和地面的数据处理设备相比；且实时定轨系统需要在没有人工干预 的情况下保持长期稳定运行。现有的星载GNSS实时定轨主要包括以下三种方法：几何学实 时定轨、基于几何学实时定轨结果的动力学滤波（松散滤波法）、基于伪距观测数据的滤波 法（紧密滤波法）。其中，紧密滤波法由于具有导航星数少于4颗时仍能正常工作、能够合 理根据观测误差设置观测噪声协方差矩阵、可实时调整滤波器的随机参数设置等优点，成 为当前星载实时GNSS定轨算法的主要方法。但是，紧密滤波法需要考虑接收机钟差模型， 估计向量的维数较大，运算量较大，需要滤波器更高的稳定性并且数学模型比松散滤波法 更为复杂，往往需要一个轨道周期以上至数个轨道周期不等的时间方能稳定滤波，对于系 统的运行可靠性要求更高。
[0004] 空间环境不同于地面，其中存在着的许多电磁波与高能粒子，它们会对运行于其 中的电子器件产生各种辐射效应。如果星载电子系统没有任何防辐射措施，将很容易受到 电磁波的辐射和高能粒子的冲击，从而影响到电子系统内部微电子器件的性能和参数，导 致卫星工作的异常或故障。辐射环境下射线与物质相互作用的基本形式是位移和电离。微 电子器件受到辐射后，将产生各种各样的辐射效应，从数据扰动到永久损伤，从参数漂移到 器件完全失效。空间中辐射效应主要包括总剂量效应、单粒子翻转、单粒子闩锁、单粒子功 能中断、单粒子瞬时效应、单粒子烧毁等，其中对SRAM存储器最常见、影响最广泛的是总剂 量效应和单粒子效应。
[0005] 在众多的单粒子效应中，对电路影响最大的是单粒子闩锁效应和单粒子翻转效 应，其中又以单粒子翻转效应对星载RAM的影响最大。单粒子翻转是指存储器的信息逻辑 翻转，产生瞬态故障。对于星载RAM存储器来说，单粒子翻转会造成RAM存储器数据位反 转，导致整个系统的运行错误，引起程序的"跑飞"或者"死机"，造成关键变量的翻转，弓丨 起功能逻辑的紊乱，比如中途退出循环程序、错误执行条件语句等一系列故障。
[0006] 目前，针对星载嵌入式系统RAM存储器单粒子翻转事件的处理，主要采取硬件保 护电路方式：在处理器与RAM存储器之间采用专门的错误检测与修复（EDAC)电路进行保 护。不过，由于EDAC电路的存在，限制了处理器访问外部存储器的速度，导致整个系统的运 行效率的低下，特别是在需要计算量巨大的GNSS实时定轨系统中，对于外部存储器的访问 效率要求更高。
【发明内容】
[0007] 本发明为了解决上述至少一个问题和/或不足，并提供下述至少一种优点，相应 的提供了一种星载GNSS实时定轨系统和定轨方法，其能够在中低轨道环境下长期稳定运 行。
[0008] -方面，提供一种GNSS实时定轨系统，包括：DSP处理器模块、纠检错电路EDAC模 块、SRAM存储器模块和FLASH数据存储器模块，其中，所述的SRAM存储器模块包括SRAM数 据存储器模块和SRAM检验码存储器模块，SRAM数据存储器模块用于外部SRAM数据存储， SRAM检验码存储器模块用于存储纠检错电路EDAC模块的校验数据；
[0009] 所述的DSP处理器模块用于接收外部连续输入的GNSS原始测量数据、星历数据和 历书数据，运行GNSS定轨软件，实现定轨解算功能，为星上设备提供高精度轨道信息，遍历 SRAM数据存储器模块的所有可用空间，响应纠检错电路EDAC模块的SRAM单粒子翻转监测 中断信号，监测SRAM数据存储器模块中的程序段数据与常量数据段数据，监测并处理SRAM 单粒子翻转状态。
[0010] 另一方面，提供一种GNSS实时定轨方法，能够实现单粒子翻转监控功能，其能够 监测SRAM数据存储器模块的单粒子翻转；该功能由硬件纠检错电路EDAC模块、SRAM监控 模块和SRAM遍历模块实现；其中，SRAM监控模块和SRAM遍历模块设计在定轨软件中，定轨 软件存储于FLASH存储器模块。
[0011] 所述的SRAM监控模块被周期调度，每次检测一定长度的数据，主要是对程序中不 发生变化的代码段、数据初值段以及常量段进行监控，在DSP处理器模块后台空闲时段将 FLASH数据存储器模块中的三备份代码三取二以后与SRAM数据存储器模块中相应数据比 较，若发现不一致则进行回写操作。
[0012] 所述的SRAM遍历模块在定轨软件空闲时刻，循环遍历整个SRAM数据存储器，根据 软件的运行时间余量，周期调度，每次读一定长度的存储空间，以便在软件正常的读写访问 前，硬件纠检错电路EDAC模块软件能够及时检测到已发生的SRAM数据翻转，中断定轨软件 进行处理，避免单粒子翻转事件造成定轨软件运行故障。
[0013] 优选地，本发明的定轨方法还能够对定轨软件运行状态和解算结果进行实时备份 存储，在系统复位启动后恢复实时定轨系统状态与数据，确保无论因为单粒子翻转未能及 时处理被动复位、多比特翻转主动复位，还是因为其他故障系统重启，GNSS定轨系统都能在 首次稳定滤波后无缝进入定轨滤波稳定状态，实现重启后继续保持稳定滤波状态的热启动 功能。
[0014] 优选地，在本发明定轨方法中，在发现软件故障需要在轨维护时使用程序上注功 能，定轨软件程序上注后，首次启动前清除备份数据有效状态，写"上电标志寄存器"内容为 非狗咬复位标识，保证程序重组后能够运行正常。
[0015] 该系统利用EDAC电路、SRAM监控措施以及SRAM循环遍历访问，实时检测并处理 SRAM中发生的单粒子翻转事件，确保了整个系统对于单比特单粒子翻转事件的基本免疫， 能够部分处理多比特单粒子翻转事件；采用实时存储热启动的设计，确保发生单比特翻转 未能及时处理、多比特单粒子翻转或软件故障重启后，定轨系统快速无缝恢复，也提高了实 时定轨系统对于其他故障的应对处理能力，确保实时定轨系统的长期稳定运行。
[0016] 本发明提高了 GNSS导航接收机基于GNSS的精密定轨系统的运行可靠性。通过构 建基于硬件纠检错电路、实时SRAM监控、SRAM遍历相结合的抗空间单粒子系统，提高整个 定轨系统空间环境适应能力。该系统利用EDAC电路、SRAM监控措施以及SRAM循环遍历访 问，实时检测并处理SRAM中发生的单粒子翻转事件，确保了整个系统对于单比特单粒子翻 转事件的基本免疫，能够部分处理多比特单粒子翻转事件；采用实时存储热启动的设计，利 用SRAM实时存储备份定轨软件工作状态与数据，在系统复位启动后恢复实时定轨系统状 态与数据，确保发生单比特翻转未能及时处理、多比特单粒子翻转或软件故障重启后，定轨 系统快速无缝恢复，也提高了实时定轨系统对于其他故障的应对处理能力，确保实时定轨 系统的长期稳定运行。
【附图说明】
[0017] 图1为GNSS实时定轨系统结构图；
[0018] 图2为ED