博士论文摘要 | 李林阳：大规模全球GNSS网云计算方法与应用

全文概述

全球卫星导航系统进入了空间段超过100颗导航卫星和多系统多频、地面段上万个全球分布的参考站的时代，GNSS网的规模不断扩大。大规模全球GNSS网提供了丰富的计算资源，但数据处理面临巨大的挑战。针对高效率需求以及未来云化和微服务等应用场景，本文采用以云计算为代表的新方法和技术对大规模全球GNSS网数据进行高效处理，并提供云服务，主要成果如下。

(1) 采用多核并行计算技术(task parallel library, TPL)提供的任务并行和数据并行、多节点/容器网络计算技术(windows communication foundation, WCF)提供的网络协同，设计了基于站间和星间并行的全球GNSS大网数据预处理云计算。采用网易云容器预处理了全球分布的3642个参考站的数据，与单容器单核串行计算相比，单容器、双容器、四容器和六容器四核并行的加速比分别为2.92、5.52、9.62和12.29倍，预处理的效率得到了显著提升。

(2) 采用非差方法，分别从多核钟差并行估计、矩阵分块求逆和Cholesky分解、稀疏矩阵设计3个方面改进了高采样率卫星钟差估计的方法，所估GPS卫星钟差的精度约为0.1ns，GLONASS卫星钟差的精度优于0.3ns；钟差估计的时间缩短了90%以上。基于数据并行和任务并行，设计了非差多核云计算；分别基于WCF和MapReduce，实现了多节点/容器云计算。统计结果表明：GPS连续多天的非差静态浮点解是稳定的，E、N和U分量的精度分别为3.2、2.8和6.1mm；与GPS单日静态PPP定位精度相比，GPS+GLONASS、GPS+GLONASS+Galileo和GPS+GLONASS+Galileo+BDS的三维定位精度提高了12.81%、16.71%和21.10%。

(3) 提出了基于抗差初值的窄巷FCB抗差估计方法，取当前历元所有参考站窄巷FCB估值的中位数作为抗差初值，采用IGGⅢ方案降低了有偏差的窄巷FCB估值的权比，改进方法提高了窄巷FCB的精度和稳定性。分多节点数据块间并行和星间并行，设计并实现了GNSS大网非差模糊度云解算；采用星间单差模糊度固定生成载波距，进行整网非差解算，E、N和U分量的定位精度分别为2.55、2.21和4.51mm，平均星间单差模糊度固定成功率为93.26%；六核平台下云计算技术应用，FCB估计、载波距生成和非差整网解算的加速比分别为4.70、4.71和2.43倍。

(4) 设计了基于非差模式的区域CORS网增强云解算，实现了FCB估计、对流层延迟解算和区域对流层建模的并行计算。采用香港和美国CORS 2017年春、夏、秋和冬季各5天的数据，区域对流层模型的内部和外部精度分别优于7mm和8mm，该精度与观测数据质量、站间距离及分布、网形结构和天气状况等因素密切相关。FCB估计和对流层建模的效率得到了大大提高，提高了增强服务的时效性。

(5) 针对大规模GNSS网双差观测量构建与整网解算效率低的问题，分别基于任务并行、数据并行、并行查询和网络多节点并行计算，提出了基于观测量最多原则的整网双差观测量构建、独立基线并行解算与双差云解算方法。试验验证了观测量最多原则的优势，采用IGS全球网1982周的观测数据，平均每天观测量最多原则比路径最短原则多构建52.5万个观测值，E、N和U分量的精度提升了16.18%、13.22%和19.40%；试验验证了异构环境下整网双差解算效率的提升。

(6) 提出在观测值层面联合GNSS、声学和水深数据的一体化模型及并行解算策略, 分别从提高船载GNSS动态定位解算精度、声线弯曲修正和随机模型精化3个方面提出了提高海底GNSS/声学控制网精度的改进措施。

作者简介

作者简介：李林阳(1991-)，男，2019年6月毕业于信息工程大学，获工学博士学位(指导教师:吕志平教授)， 研究方向为GNSS数据处理理论与方法。

E-mail：

lilinyang810810@163.com

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