CN103487816A - 卫星捕获方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星捕获方法及装置，能够快速捕获用于定位的卫星。所述方法包括：根据至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度和置信度因子，确定该至少一颗卫星中每颗卫星的最大似然可见度；对该至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获。根据上一轮的捕获结果修正当前的置信度因子并重新计算每颗卫星的最大似然可见度。通过更新后的计算结果，对至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获。

Description

卫星捕获方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机领域，特别涉及一种卫星捕获方法及装置。 

背景技术

全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）将GPS（Global Positioning System）系统、北斗系统、格洛纳斯系统以及伽利略系统进行整合，利用各频点信号的兼容与互操作特性，进行多系统多频点信号的接收与解调，实现定位。 

GNSS系统可以应用多个系统的卫星进行定位，从而提高定位的精确性和可靠性。应用GNSS系统进行定位时，由于GNSS系统中卫星数量较多，常需捕获特定的卫星用于定位。 

因此，如何在GNSS系统中捕获用于定位的卫星是当前需要解决的问题。 

发明内容

本发明实施例提供一种卫星捕获方法及装置，能够快速捕获用于定位的卫星。 

本发明实施例采用如下技术方案： 

一种卫星捕获方法，包括： 

根据至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度和置信度因子，确定所述至少一颗卫星中每颗卫星的最大似然可见度； 

对所述至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获。 

一种卫星捕获装置，包括： 

第一确定模块，用于根据至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度和置信度因子，确定所述至少一颗卫星中每颗卫星的最大似然可见度； 

捕获模块，用于对所述至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获。 

基于上述技术方案，本实施例的卫星捕获方法及装置，通过根据至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度和置信度因子，确定至少一颗卫星中每颗卫星的最大似然可见度，对至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获，从而实现根据卫星的最大似然可见度快速捕获用于定位的卫星。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。 

图1为本发明一实施例提供的卫星捕获方法的流程图； 

图2为本发明一实施例提供的卫星捕获方法的流程图； 

图3为本发明实施例提供的卫星信号示意图之一； 

图4为本发明实施例提供的卫星可见度示意图之一； 

图5为本发明实施例提供的卫星可见度示意图之二； 

图6为本发明实施例提供的卫星可见度示意图之三； 

图7为本发明一实施例提供的卫星捕获装置的结构示意图； 

图8为本发明一实施例提供的卫星捕获装置的结构示意图； 

图9为本发明一实施例提供的卫星捕获装置的结构示意图； 

图10为本发明实施例提供的卫星捕获效率示意图。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。 

本发明一实施例提供的一种卫星捕获方法，如图1所示，包括： 

110、根据至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度和置信度因子，确定该至少一颗卫星中每颗卫星的最大似然可见度。 

可选地，建立每颗卫星在不同样本点的可见度矩阵V，并建立每个样本点的置信度因子矩阵Q，根据L=V×Q确定最大似然可见度矩阵L，L包含每颗卫星在 每个样本点的最大似然可见度。 

例如， 

$Q=\left[\begin{array}{c}{q}_1\\ q_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ q_{N-1}\\ q_N\end{array}\right]---\left(2\right)$

式（1）为M颗卫星在N个样本点的卫星可见度，式（1）中M表示卫星数量，N表示样本点数量。式（2）为N个样本点中每个样本点的置信度因子，式（2）中N表示样本点数量。其中，式（1）中每个v_m,n值可以根据最新的星历或历书计算得到，也可以通过其他方法的到，本实施例不做限定。式（2）中每个q_n的初始值为1，后续根据卫星捕获结果进行修正。 

则，V的第一行V_1.1…V_1.N与Q的q₁…q_N对应相乘并求和得到L中的l₁以此类推，得到矩阵最大似然可见度矩阵L。 

$L=\left[\begin{array}{c}{l}_1\\ l_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ l_{M-1}\\ l_M\end{array}\right]---\left(3\right)$

120、对该至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获。 

例如，选择最大似然可见度矩阵L中最大值所对应的卫星进行捕获。 

如果该最大似然可见度最大的卫星捕获成功，则该最大似然可见度最大的卫星为可见卫星，能够作为定位卫星。 

本实施例可以由卫星捕获装置实现，该卫星捕获装置可以为手机终端，定位设备等。 

本实施例的卫星捕获方法，通过根据至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度和置信度因子，确定至少一颗卫星中每颗卫星的最大似然可见度， 对至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获，从而实现根据卫星的最大似然可见度快速捕获用于定位的卫星。 

可选地，上述120之后还包括： 

根据本次的卫星捕获结果，按置信度调整因子a_n更新该置信度因子，使得下次捕获卫星时，应用更新后的置信度因确定卫星的最大似然可见度。 

其中，置信度调整因子a_n可以预先设置，通常，当该最大似然可见度最大的卫星捕获成功时，该置信度调整因子大于1（如2）；当该最大似然可见度最大的卫星捕获失败时，该置信度调整因子小于1（如1/2）。 

例如： 

在更新置信度因子时，可以将a_n与对应样本点的原来的置信度因子相乘，得到该样本点新的置信度因子，更新置信度因子矩阵Q。 

根据式（5）我们可以得到调整矩阵A： 

可见，A为对角阵，使用调整矩阵可以根据上一次的捕获结果实时的更新置信度因子，即更新卫星在某一样本点可见性的真实程度。 

例如，当捕获成功时将该卫星所对应样本点处的置信度调整因子置为2，表明用户更有可能位于上述样本点所覆盖的范围内；若捕获失败时该卫星不可见，将该卫星所对应样本点处的置信度调整因子置为1/2，表明用户不可能位于上述样本点所覆盖的范围内。随后更新置信度因子： 

Q_i+1=A_iQ_i      (6) 

利用更新后的置信度因子修正卫星可见度矩阵V，在计算之前将v_m,i(i=1,2,…,N)置为0，m为上一次所捕获的卫星，即捕获过的卫星将（包括捕获成功及捕获失败）不再参与下一轮的计算。然后在更新卫星可见度矩阵V的同 时直接计算得到新的最大似然可见度函数： 

L_i=VQ_i      (7) 

这样，可以根据卫星捕获结果实时调整该置信度因子，从而间接调整卫星的最大似然可见度。 

可选地，该至少一颗卫星为当前备选卫星集合包含的卫星。初始的备选卫星集合可以包含系统中的全部卫星。 

相应地，将该至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获之后，还包括： 

当该最大似然可见度最大的卫星捕获成功后，将该最大似然可见度最大的卫星从当前备选卫星集合中移除。 

可选地，本实施例中，根据预设的条件确定该至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度。 

例如，建立卫星可见度函数v_m,n,根据卫星可见度函数v_m,n确定卫星可见度。例如，卫星可见度函数v_m,n可以通过以下方式得到： 

式（8）表示第M颗卫星在第N个样本点的可见性，选择5度作为仰角能够满足任何位置覆盖4颗可见星的要求，当然也可以选择其他角度作为仰角，本发明实施例不做限定。 

本实施例中根据不同的应用场景式（8）中N的确定方法不同，例如： 

（1）在一个固定的位置观测某颗卫星可见性相对于时间的变化情况，在这种情况下，如果我们一天内每5分钟（300秒）对卫星进行一次观测，则N的取值为86400/300=288。 

（2）在一个固定的时间观测某颗卫星可见性相对于位置的变化情况，在这种情况下，如果我们在经度和纬度上分别以5度为间隔对卫星进行观测，则N的取值为86400/300=288。 

（3）观测卫星可见性同时相对于时间和位置的变化情况，在这种情况下，如果按照（1）和（2）的方式进行采样，则N的取值为288×2592=746496。 

M表示GNSS星座的卫星总数，我们也可以为每颗卫星分配独立的ID，可以表示为向量的形式：{GP1,…,GP24,GA1,…,GA27,GL1,…GL21,BD1,…BD35}。 

由上述定义可以得到卫星最大似然可见度lm，式（9）表示卫星m在所有时间和位置样本点可见的概率。 

$l_m=\frac{1}{\left|N\right|}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{m,i---\left(9\right)}$

本实施例可以由卫星捕获装置实现，该卫星捕获装置可以为手机终端，定位设备等。 

本实施的卫星捕获方法，通过不断修正置信度因子Q，使得样本点处的卫星可见度不断增大，从而得到更加逼近真实情况的卫星最大似然可见度，能够快速地确定当前位置的可视卫星，减少时间和硬件开销，节省GNSS多系统互操作模式下的首次定位时间。 

本发明一实施例提供的一种卫星捕获方法，如图2所示，包括： 

201、创建卫星ID集合与样本点集合。 

其中，建立卫ID星集合时，可以将系统的全部卫星的ID存入卫星ID集合。 

202、初始化可见度矩阵V和置信度因子矩阵Q，V、Q中的元素根据卫星ID集合及样本点集合确定。 

例如，初始化式（1）所示的卫星可见度矩阵V时，将V中的每个元素赋值。初始化式（2）所示置信度因子矩阵Q时，将Q中的每个元素赋值，例如，可以将Q中的每个元素赋值为1。 

203、确定最大似然可见度矩阵L。 

例如，可以根据式（9）确定V中的每个元素的初次值，后续更新V中的元素的值。 

204、捕获L中的最大值对应的卫星，确定该卫星的卫星ID。 

205、判断捕获是否成功。 

本实施例中，可以通过现有的捕获算法判断捕获是否成功，不赘述。 

206、捕获成功时，将该卫星ID所对应样本点的置信度因子乘以2。 

207、捕获失败时，将该卫星ID所对应样本点处的置信度因子乘以1/2。 

其中，2、1/2为置信度调整因子，可以根据不通的场景进行变更。 

208、判断成功捕获的卫星数量是否达到预设数量。 

预设数量可以根据不同的场景进行变更，一般不少于4。 

209、未达到预设数量时，将204中选择的L最大的卫星的卫星ID从卫星ID集合中移除，应用206或207更新后的Q值继续进行203。 

达到预设数量时，结束捕获。 

重复上述步骤直到成功捕获的卫星数量达到预设数量为止。 

本实施例可以由卫星捕获装置实现，该卫星捕获装置可以为手机终端，定位设备等。 

本实施的卫星捕获方法，通过不断修正置信度因子Q，使得样本点处的卫星可见度不断增大，从而得到更加逼近真实情况的卫星最大似然可见度，能够快速地确定当前位置的可视卫星，减少时间和硬件开销，节省GNSS多系统互操作模式下的首次定位时间。 

下面以在GPS系统为例，详细说明本发明实施例的卫星捕获方法，应当理解本发明实施例还可以应用于其他系统。本实施例可以由卫星捕获装置实现，该卫星捕获装置可以为手机终端，定位设备等。 

1、选取位置坐标为西经71.08度、北纬42.35度，理论可见GPS卫星25颗，分别为1、2、4、5、6、7、9、12、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、31，该地区在一天内的卫星分布状况如图3所示，其中有线条的区间表示卫星可视，选取16点作为观测时刻，则可视卫星ID集为{1,5,9,12,17,21,23,26}。 

2、基于上述卫星分布状况计算得到的卫星似然可见度（经归一化处理），如图4所示。 

3、由图4可知，该地区最可能出现的卫星为6号星，因此接收机将对6号星进行捕获，但6号星不在可视卫星ID集当中，导致捕获失败。 

4、将6号星移除，同时将其所对应样本处的置信度因子乘以1/2并利用置信度因子Q来更新卫星可见度函数V，重新计算卫星的最大似然可见度。此时计算出的卫星似然可见度如图5所示： 

5、由图5可知，选择12号卫星进行捕获，由于其在可视卫星ID集当中，因此捕获成功。 

6、将其ID移除，同时将其所对应样本处的置信度因子乘2并利用置信度因子Q来更新卫星可见度函数V，重新计算卫星的最大似然可见度。此时计算出的卫星似然可见度如图6所示： 

7、循环上述过程，可以快速缩小卫星搜索范围，而最终所确定区间内的卫星ID即为全部可视卫星，这样便可以大大降低搜索的复杂度，从而提高捕获效率，有效缩短首次定位时间。 

应用本发明实施例的卫星捕获方法进行卫星捕获的仿真实验结果如下： 

进行5次卫星捕获，成功捕获4颗卫星，卫星搜索顺序分别为6-12-9-5-23，其中，一次捕获失败，其他全部命中，捕获效率为4/5=80%。 

分两组进行实验，第一组是在上述位置坐标处以两小时为时间间隔进行仿真，目标捕获卫星数仍为4颗，表1-1列出了上述仿真的结果，由表可以计算得到该算法的平均捕获效率为69.60%。 

表1-1以2小时为间隔对算法进行仿真的结果 

第二组是在上述位置坐标处选择16时为仿真时刻，捕获卫星数由4颗至8颗递增，得到的仿真结果如1-2所示，同样可以计算得到平均捕获效率为81.36%。 

表1-2目标捕获卫星数递增的仿真结果 

所需卫星数	搜索次数	捕获效率
			4	5	8000％

[0106] 

5	6	8333％
			6	7	8571％
7	9	7778％
			8	10	8000％

将传统的卫星捕获方法与本发明实施例的卫星捕获方法进行比较，比较结果如图10。 

如图7所示，本发明一实施例提供的一种卫星捕获装置，包括：第一确定模块71、捕获模块72，其中： 

第一确定模块71，用于根据至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度和置信度因子，确定至少一颗卫星中每颗卫星的最大似然可见度； 

捕获模块72，用于对至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获。 

可选地，如图8所示，该卫星捕获装置还包括： 

更新模块73，用于根据本次的卫星捕获结果，按置信度调整因子值更新置信度因子，使得下次捕获卫星时，应用更新后的置信度因确定卫星的最大似然可见度。 

可选地，至少一颗卫星为当前备选卫星集合包含的卫星，装置还包括： 

管理模块74，用于当最大似然可见度最大的卫星捕获成功后，将最大似然可见度最大的卫星从当前备选卫星集合中移除。 

可选地，如图9所示，该卫星捕获装置还包括： 

第二确定模块70，用于根据预设的条件确定至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度。 

上述卫星捕获装置中各模块的功能仅作简要描述，详细描述请参见上述卫星捕获方法实施例，另外本发明实施例的卫星捕获装置可以执行上述卫星捕获方法实施例中相应的步骤。该卫星捕获装置可以为手机终端，定位设备等。 

本实施例的卫星捕获装置，通过根据至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度和置信度因子，确定至少一颗卫星中每颗卫星的最大似然可见度，对至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获，从而实现根据卫星的最大似然可见度快速捕获用于定位的卫星。 

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。 

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。 

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。 

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。 

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。 

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者 也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。 

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。 

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。 

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，通用硬件包括通用集成电路、通用CPU、通用存储器、通用元器件等，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，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的方法。 

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种卫星捕获方法，其特征在于，包括：

根据至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度和置信度因子，确定所述至少一颗卫星中每颗卫星的最大似然可见度；

对所述至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获之后还包括：

根据本次的卫星捕获结果，按置信度调整因子更新所述置信度因子，使得下次捕获卫星时，应用更新后的置信度因确定卫星的最大似然可见度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

当所述最大似然可见度最大的卫星捕获成功时，所述置信度调整因子大于1；

当所述最大似然可见度最大的卫星捕获失败时，所述置信度调整因子小于1。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：

所述至少一颗卫星为当前备选卫星集合包含的卫星。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所述至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获之后还包括：

当所述最大似然可见度最大的卫星捕获成功或失败后，将所述最大似然可见度最大的卫星从当前备选卫星集合中移除。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

根据预设的条件确定所述至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度。

7.一种卫星捕获装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，用于根据至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度和置信度因子，确定所述至少一颗卫星中每颗卫星的最大似然可见度；

捕获模块，用于对所述至少一颗卫星中最大似然可见度最大的卫星进行捕获。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

更新模块，用于根据本次的卫星捕获结果，按置信度调整因子值更新所述置信度因子，使得下次捕获卫星时，应用更新后的置信度因确定卫星的最大似然可见度。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述至少一颗卫星为当前备选卫星集合包含的卫星，所述装置还包括：

管理模块，用于当所述最大似然可见度最大的卫星捕获成功后，将所述最大似然可见度最大的卫星从当前备选卫星集合中移除。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其特征在于，还包括：

第二确定模块，用于根据预设的条件确定所述至少一颗卫星中每颗卫星在不同样本点的可见度。

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