CN102401902A - 卫星状态判断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种卫星状态判断方法，本发明所提出的卫星状态判断方法包含下列步骤：得出一目标卫星在一第一观测期间的一第一信号变化斜率；根据该第一信号变化斜率而判断该目标卫星应处于一待遮蔽状态；以及因应该目标卫星处于该待遮蔽状态而产生一提示信息。

Description

卫星状态判断方法
【技术领域】
本发明为一种卫星状态判断方法，特别根据卫星的信号变化斜率的卫星状态判断方法。
【背景技术】
一般全球定位系统(Global Positioning System，简称为GPS)利用四颗定位卫星搭配定位装置进行定位。定位卫星所传送的信号包括卫星自身所在位置的坐标数据以及发射时间，而定位装置内的定位芯片再利用这些信息计算定位装置的所在位置。
全球定位系统仅使用四颗卫星进行定位的时候，如果有任何一颗卫星受到影响，将造成定位时的三维空间也产生偏差，而造成卫星信号偏差的原因除了因为卫星在传送卫星信号至定位装置时，可能受到外在的地形屏蔽而使卫星信号在传送的过程中受到干扰外，这四颗用来作为定位使用的定位卫星与定位装置的相对位置关系均可能影响全球定位系统的定位效果。
无论星基增强系统(Satellite Based Augmentation Systems，简称为SBAS)、辅助全球卫星定位系统(Assisted Global Positioning System，简称为AGPS)或是差分全球定位系统(Differential Global Positioning System，简称为DGPS)，皆存在一个共同的问题。即，这些信息的提供都必须是在使用者靠近基地台或是卫星信号的有效涵盖区域，而且在信号受到遮蔽的情况下，这些方式仍因信号接收强度受到影响而无法确实发挥效果。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的一个目的是提供一种卫星状态判断方法，其可提升全球卫星定位系统定位的效果，克服信号受到地形屏障等影响而无法达到精准且快速定位的缺失。
为达成上述目的，本发明提出一种卫星状态判断方法，该判断方法包含下列步骤：得出一目标卫星在一第一观测期间的一第一信号变化斜率；根据该第一信号变化斜率而判断该目标卫星应处于一待遮蔽状态；以及因应该目标卫星处于该待遮蔽状态而产生一提示信息。
为对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，兹配合附图详细说明如下：
【附图说明】
图1为本发明一较佳实施例选择目标卫星判断方法的流程图；
图2为本发明一较佳实施例卫星劣化判断方法的流程图；
图3为本发明一较佳实施例决定进入待遮蔽状态的流程图；
图4为本发明一较佳实施例判断脱离待遮蔽状态的流程图；
图5为本发明另一较佳实施例的第一判断流程图；
图6为本发明另一较佳实施例的第二判断流程图。
【具体实施方式】
为了便于说明起见，本发明将定位装置可以接收卫星信号的卫星称为有效卫星，并将天空中的这些有效卫星个数以N1表示；此外，为了排除其中观测特性较差的卫星，另外还可以选择以仰角范围或信号强度作为排除条件，藉以限缩卫星个数。将符合这些限缩条件的有效卫星进一步定义为观测卫星，并定义观测卫星的个数为N2。由于定位装置需要使用其中的四颗卫星作为对定位装置所在位置的定位使用，因此将这四颗卫星归类为定位卫星。上述卫星个数间具有以下的关系：N1≥N2≥4。
请参见图1，其为本发明一较佳实施例选择目标卫星判断方法的流程图。首先定位装置侦测有效卫星(S221)；接着根据定位装置所预设的第一条件选取观测卫星(S223)；再由该等观测卫星选取目标卫星(S225)；决定目标卫星的卫星信息是否遮蔽(S227)。
其中，第一条件可由卫星的仰角且/或定位装置所接收的卫星信号强度决定。若第一条件中包含卫星仰角，则可设定为0至90度。卫星仰角较佳为10至90度。若第一条件中包含定位装置所接收的卫星信号强度，则可设定载波-噪音比(CNR，Carrier-to-Noise Ratio)介于12至52分贝(decibel，以下简称dB)。
请参见图2，其为本发明一较佳实施例进行卫星劣化判断方法的流程图。首先，取得在第一观测期间Δt1有效卫星所发出第一信号变化斜率(S31)；根据第一信号变化斜率决定是否遮蔽该目标卫星的卫星信息(S33)；以及定位装置决定遮蔽目标卫星的卫星信息或/且产生提示信息(S35)，并视定位装置的设定而将提示信息提供给前端处理模块(如：定位信息提供单元，可利用硬件实现的定位芯片或利用软件实现)或后端处理模块(如：应用软件)使用(S37)。换句话说，本发明先判断第一信号变化斜率是否呈现劣化；若发现第一信号变化斜率确实呈现劣化，则遮蔽该目标卫星的卫星信息。本发明所述遮蔽卫星信息的意思为将卫星信息删除或弃而不用。
另外说明，本实施例中针对观测卫星进行上述卫星劣化判断方法，藉以减少运算资源，然而若在运算资源充足的情况下，则建议以有效卫星进行上述卫星劣化判断方法。
在步骤S35产生提示信息后，后续的处理方式可以根据处理的模块与判断模块的关系而分为两类：一种处理方式是先把有问题的定位卫星所传送的定位信号给遮蔽，即，将判断结果输出至前端处理模块，让前端处理模块改为选用其它的定位卫星作为定位信息的取得来源；另一种处理方式则是保留原始的定位卫星作为定位数据的提供来源，但以后端处理模块的方式，搭配辅助信息的使用，告知使用者卫星数据受到干扰，并建议使用者需要考虑在特定期间时，卫星数据可能因为信号强度的关系而造成定位时的误差提示信息。
请参见图3，其为本发明一较佳实施例决定进入待遮蔽状态的流程图。将第一观测期间Δt1定义为第一时点t1与第二时点t2之间。在第一时点t1先得出第一信号强度CNRt1，并在第二时点t2得出第二信号强度CNRt2(S321)；接着根据第一信号强度CNRt1与第二信号强度CNRt2来判断当前的目标卫星在第一观测期间Δt1的第一信号变化斜率CNRslope是否呈现劣化(S322)；若是目标卫星的第一信号变化斜率确实呈现劣化时，则再进一步判断目标卫星是否为目前定位芯片用来计算定位装置的位置的定位卫星(S323)；若是，则决定目标卫星进入待遮蔽状态(S324)。
倘若目标卫星的第一信号变化斜率CNRslope呈现劣化，即，具有斜率为负的信号变化斜率，且信号变化斜率小于一预设斜率门坎(例如：选择以斜率＝-3作为预设斜率门坎)达一个预设次数(例如：三次)后，代表目标卫星的信号强度确实属于一个相当恶劣的情况，因此若目标卫星属于四颗用来提供定位功能的定位卫星时，便需要将目标卫星设定为待遮蔽状态。当然，这里对于第一时点t1、第二时点t2、预设斜率门坎与预设次数仅是为了举例所作的说明，实际应用时，这些数值的选用并不需要受到限制。
简单来说，本发明后续将说明的核心流程根据预设的第一条件而选出的观测卫星为基础而进行的，即，在选出观测卫星后，针对观测卫星所发出信号的强度变化得出特定观测期间的信号变化斜率，并对观测卫星中用来提供定位功能的定位卫星在信号变化斜率为趋于劣化的情况下，选择停止使用该颗定位卫星，或是针对该颗定位卫星所进行定位的结果发出可能存在较大误差等警示信息。
请参见图4，其为本发明一较佳实施例判断目标卫星脱离待遮蔽状态的流程图。由于目标卫星的信号强度会因为卫星与定位装置的相对位置变化而改变，因此在将目标卫星判断为处于待遮蔽状态后，仍继续追踪目标卫星的信号强度，因此可以得出目标卫星在第二观测期间的第二信号变化斜率(S331)；并判断第二信号变化斜率是否呈现优化，并据此而判断目标卫星是否应离开待遮蔽状态(S332)。此目标卫星脱离待遮蔽状态的判断方式与图2内容类似，因此不特别就其内部的细节加以探讨。
当然，这里的第二观测期间固然可以另外选取与第一观测期间相同时间长度或不同时间长度。判断第二信号变化斜率的方式则是以正向斜率作为判断优化的门坎值。需注意的是，本发明提出的卫星状态判断方法并不是用来取代现有技术的全球定位系统的作法，而是一种辅助判断的方式，让定位装置得以判定当前所使用的定位卫星的信号与状态是否适合作为定位使用，倘若信号变化斜率呈现劣化，便判定定位装置不适合使用这个观测卫星的信号，并送出这个观测卫星应该被设定为待屏蔽状态的提示信号。
因此，在完成判断目标卫星是否应被设定为待屏蔽状态后，接下来进行的便是将上述判断卫星状态的结果传送至其它搭配使用的处理模块中。
请参见图5与图6，其为本发明另一较佳实施例的第一、第二判断流程图。定位装置首先搜寻天空中可以接收到定位信号的各个卫星而形成一个卫星列表(S401)；接着以仰角大/等于二十度的条件而自卫星列表中找出观测卫星(S402)；并进一步再以卫星信号强度介于20dB与50dB间的卫星作为筛选观测卫星的条件(S403)；并轮流自观测卫星中选择出用来判断的目标卫星(S410)。
首先针对目标卫星计算第一观测期间，在此以第0秒作为第一时点，并以第15秒作为第二时点，即，以这两个时点所形成的第一观测期间来观察目标卫星的第一信号变化斜率(S404)；将上述计算得出的第一信号变化斜率与预设的劣化的条件进行比对，例如判断第一信号变化斜率是否是否小于/等于-3(S405)；若否，代表目标卫星的信号强度相当正常，因此便选取其它的观测卫星来进行状态判断(S410)。
若第一信号变化斜率小于/等于-3，则可以利用一个第一计数器来辅助计数第一信号变化斜率符合劣化条件判断的成立次数，而增加第一计数器所纪录的次数(S407)。而后判断第一计数器所纪录的次数是否达到一个预设次数(如：2次)(S408)；若是计数器所纪录的次数并未达到预定的次数时，则重新选择另一颗目标卫星进行卫星状态判断。
接着判断目标卫星是否为定位卫星(S409)。根据步骤S409，若当前的目标卫星并非定位卫星，则不需考虑这颗目标卫星对定位信息所造成的影响。反之，则设定目标卫星进入待遮蔽状态(S411)。
利用精度衰减因子(Dilution of Position，简称为DOP)进行判断，例如对两个时点(如第5秒及第0秒)的精度衰减因子差值的绝对值(S412)；判断精度衰减因子差值的绝对值是否小于或等于一个门坎值(例：0.1)(S413)；若是，便增加一第二计数器的纪录次数(S414)，否则回到步骤S410。接着判断第二计数器的纪录次数是否大于一预设次数(S415)；若是，则维持遮蔽目标卫星的卫星信号(S416)。
接着开始计算目标卫星在第二观测期间的第二信号变化斜率(S417)；将上述计算得出的第二信号变化斜率与预设的优化的条件进行比对，例如判断第二信号变化斜率的斜率是否大于或等于-2(S418)。
若第二信号变化斜率的斜率大于或等于-2，代表目标卫星的信号强度有所改善，因此可以离开目前将定位卫星设定为待遮蔽状态的判断流程，接着继续对其他的观测卫星进行状态判断。但是为了确保目标卫星的信号强度改善的情况并非偶发现象，因此可以利用第三计数器来纪录定位卫星的信号强度改善的次数，间隔某时间后便侦测定位卫星的信号强度是否改善并以第三计数器纪录，每次定位卫星的信号强度改善则增加第三计数器的纪录次数(S419)；而后判断第三计数器的纪录次数是否超过预设次数(S420)；若是，代表当前提供定位卫星功能的目标卫星不需要再被设定为待遮蔽状态，因此流程回到步骤S410而继续对其他的观测卫星加以判断。若第二信号变化斜率的斜率小于-2，则回到步骤S412。
当然，在步骤S411以及步骤S416对定位卫星判断信号强度呈现劣化的情况下，除了将定位卫星的状态设定为待遮蔽状态外，更可以如上述核心流程的说明，将待遮蔽状态的情况以提示信息的方式提供给其它处理模块。
通常来说，提供全球定位功能的芯片在选择用来定位的卫星时，并不会提供后端系统得以选择定位卫星的功能，因此即便系统判定观测卫星应该被设定为待屏蔽状态时，并不一定可以传送至芯片来判断，在这种状况下，定位装置便可以选择透过软件来输出卫星信号状态的相关提示信息(例如：以语音提示、以警示画面提示等方式)，通知使用者在这段期间所计算出来的定位信息可能因为观测卫星的信号强度并不理想，而导致定位信息可能有误的情形，让使用者警觉需要特别留心数据的准确度。
需注意的是，尽管上述的较佳实施例是以全球定位系统作为举例，但是本发明的作法并不以此为限，而能以一种计算机程序产品的方式运作于各类型的电子装置上，透过在计算机程序产品上储存软件程序的方式，让软件程序在执行时，得以使提供定位接收功能的电子装置进行本发明所提出的卫星状态判断方法，即：得出一目标卫星在一第一观测期间的一第一信号变化斜率；根据该第一信号变化斜率而判断该目标卫星应处于一待遮蔽状态；以及该电子装置因应该目标卫星处于该待遮蔽状态而产生一提示信息。
本发明所提出的卫星状态判断方法让使用者在使用定位装置时，能够根据卫星信号的强度与接收情形决定是否让目标卫星进入待遮蔽状态，因而改善了原有的定位装置在卫星信号不佳情况下影响定位效能的问题。

Claims (11)

1.一种卫星状态判断方法，其特征在于，该判断方法包含下列步骤：得出一目标卫星在一第一观测期间的一第一信号变化斜率；根据该第一信号变化斜率而判断该目标卫星应处于一待遮蔽状态；以及因应该目标卫星处于该待遮蔽状态而产生一提示信息。
2.如权利要求1所述的卫星状态判断方法，其特征在于，更包含以下步骤：根据一第一条件而自若干个卫星选取若干个观测卫星；以及轮流自该等观测卫星选择一观测卫星作为该目标卫星。
3.如权利要求2所述的卫星状态判断方法，其特征在于，第一条件包含卫星仰角为0至90度。
4.如权利要求2所述的卫星状态判断方法，其特征在于，第一条件包含定位装置所接收卫星信号的载波-噪音比介于12至52分贝。
5.如权利要求4所述的卫星状态判断方法，其特征在于，目标卫星的第一信号变化斜率根据目标卫星信号的载波-噪音比判别，并于第一信号变化斜率小于一预设斜率门坎则判断该目标卫星应处于待遮蔽状态。
6.如权利要求1所述的卫星状态判断方法，其特征在于，根据提示信息而遮蔽该目标卫星所传送的定位信号。
7.如权利要求1所述的卫星状态判断方法，其特征在于，根据提示信息而发出一误差提示信息。
8.如权利要求1所述的卫星状态判断方法，其特征在于，根据该信号强度变化而判断该目标卫星处于该待遮蔽状态的步骤包含以下步骤：
判断该第一信号变化斜率是否呈现一劣化；以及
因应该第一信号变化斜率呈现该劣化而判断该目标卫星处于该待遮蔽状态。
9.如权利要求1所述的卫星状态判断方法，其特征在于，该判断方法更包含下列步骤：
得出该目标卫星在一第二观测期间的一第二信号变化斜率；以及
判断该第二信号变化斜率是否呈现一优化并据此而判断该目标卫星是否应离开该待遮蔽状态。
10.如权利要求1所述的卫星状态判断方法，其特征在于，更包含以下步骤：
提供该提示信息予一前端处理模块或一后端处理模块。
11.如权利要求10所述的卫星状态判断方法，其特征在于，该前端处理模块为一定位信息提供单元，而该后端处理模块为一应用软件。
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