CN103499826B - 一种用于gps/北斗2代双系统卫星导航接收机的分级无缝切换方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于GPS/北斗2代双系统卫星导航接收机的分级无缝切换方法，包括如下步骤：获取并判断GPS、北斗2代双系统的两路输出接口协议数据的有效性，完成初级判决输出，如两路数据均有效则计算GPS、北斗2代两系统定位点的弧面距离差，完成中级判决输出，距离差小于门限值则根据位置精度完成高级判决输出。本发明提出的分级无缝切换算法，适用于双系统或多系统导航接收机，是一种针对单系统可能出现的故障、安全、精度问题，兼具实时性与可靠性的导航系统间切换策略。
Description
技术领域
本发明涉及GPS/北斗2代双系统卫星导航接收机技术领域，具体涉及该双系统接收机的分级无缝切换方法。
背景技术
卫星导航已广泛应用于航空、航天、航海、车载、气象、测绘、个人通信等领域的各类载体上，卫星导航设备应用最成熟广泛的是美国的GPS技术，作为最早的卫星导航系统，GPS能覆盖全球，但其最初的设计目的是为美国国防服务的军事系统，过度依赖此系统，万一出现卫星信号中断等特殊情况，将会严重危害国家安全。鉴于此，世界各国都在发展自己的卫星导航系统。如俄罗斯的GLONASS系统、欧洲的GALILEO系统、以及中国拥有自主知识产权的北斗二代卫星导航系统。
早期的单系统接收机在导航接收机电路故障、卫星系统故障、安全策略上均未作任何考虑，目前的北斗/GPS双系统兼容接收机的切换方案主要有以下两类：
第一类是在硬件上配置一键式切换开关，切换软件流程，需用户根据需要手动操作，本身不具备判决选择可靠的卫星系统完成导航定位的自动控制策略，且执行系统间切换的延时较长，有一段数据空白，如：
申请号为201020652590.3的专利就公开了一种北斗与GPS双系统兼容接收机，该实用新型北斗与GPS双系统兼容接收机可按照用户要求配置成单GPS接收方式，接收GPS卫星播发的L1频点导航信号，实现定位和测速功能；也可配置成单北斗接收方式，接收北斗卫星播发的B1频点导航信号，实现定位和测速功能；还可以配置成GPS与北斗双系统方式，同时接收GPS与北斗的卫星信号。该方案只是两种系统的选择和组合方式，没有引入双冗余容错热备份结构，无自动判决切换的策略，用户切换时的启动反应时间较长。申请号为201120295038.8的专利公开了一种双路双系统四频点卫星导航兼容型定位定向接收机，包括两组电路结构完全相同，输出通道增益一致、相位一致的通道模块。该方案设计了一种双冗余的射频模块兼容双系统多频点，没有针对接收机整机系统的双冗余机制，无自动判决切换的策略。
第二类是一种双冗余备份系统，具有智能状态切换功能，能够智能判别GPS和北斗接收系统的稳定性，可以设置GPS或北斗为输出源，这种只是检测数据的可用性的一级判决方法。申请号为201110236901.7的专利就公开了一种北斗GPS双模授时接收设备及控制方法，包括天线、北斗模块、GPS模块，双模授时融合与自动切换模块，以及电源模块，实现对不同卫星导航系统的授时定位信号的选择和切换，这里的控制方法主要针对信号的可用性，并无针对数据安全性和定位精度的多级判决机制，是一种最基本的切换方案。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供了一种用于GPS/北斗2代双系统卫星导航接收机的分级无缝切换方法，能够解决单系统可能出现的故障、安全、精度问题，使定位系统具有较高的可靠性和自动无缝切换功能，无需人工干预。
本方法的基本工作原理是：接收双系统两路最小功能模块的输出数据，进行分析计算和处理，形成控制信息，执行双冗余容错判决策略，控制保证接收机的可信输出。与一般双系统或双通道接收机相比引入热冗余容错备份全系统结构，切换灵活，实现实时切换，在无人值守的环境下能按照可靠性、安全性、精度策略自主选择一路卫星系统的导航定位结果输出，也可以在一路卫星系统失效的情况下用另一路卫星系统保持正常工作。
本发明提出的一种用于GPS/北斗2代双系统卫星导航接收机的分级无缝切换方法，依次包含如下步骤：
步骤一、获取并分析输出接口协议数据，提取自动判决所需要的关键信息字段；
步骤二、判断GPS、北斗2代双系统的两路输出数据的有效性（受搜星速度、卫星失锁、人为干扰等因素影响），选择数据有效的支路输出，完成初级判决。如果两路数据均有效进入步骤三；
步骤三、进一步提取分析定位信息，计算GPS、北斗2代支路定位点的弧面距离差，弧面距离差大于等于门限值，选择北斗2代支路输出，完成中级判决，小于门限值，进入步骤四；
步骤四、进一步提取分析位置精度信息，选择位置精度高的支路输出最终结果，完成高级判决；
步骤五、输出结果延时保留，一次完整的分级自动判决过程完成，转到步骤一。
所述步骤一依次包括如下步骤：
1)分别接收GPS、北斗2代通路的输出接口协议数据；
2)找到每帧接口协议数据的开头，解析各类数据包；
3)从各类数据包中解析提取判决所用关键信息段。
所述步骤三依次包括如下步骤：
1)分别提取GPS、北斗2代两路输出的经纬度信息；
2)分离角度、分度信息；
3）将角度、分度单位换算成弧度单位；
4)将两路输出看成同一位置的两组不同定位结果，以经过此两定位点的地球圆周为基础，利用地球半径常数，计算两定位点之间的弧面距离，即过这两点的圆的劣弧长；
5)若弧面距离小于门限值，则选通GPS支路，若弧面距离大于等于门限值，则选通北斗2代支路。
本发明一种用于GPS/北斗2代双系统卫星导航接收机的分级无缝切换方法的优点是与一般双系统一键切换方式相比，本方法切换灵活，实现实时切换，在无人值守的环境下能按照可靠性和安全性策略自主选择一路卫星系统的导航定位结果输出，也可以在一路卫星系统失效的情况下用另一路卫星系统保持正常工作，利用3级判决切换策略保证了较高的可靠性和实时无缝切换。
附图说明
附图1是本发明提出的一种用于GPS/北斗2代双系统卫星导航接收机的分级无缝切换方法的总体流程图。
附图2是计算GPS、北斗2代支路定位点的弧面距离差流程图。
具体实施方式
下面结合附图，具体说明本发明的具体实施例。
附图1是本发明的总体流程图，分级无缝切换的工作步骤如下：
第一步：初始化，设置select信号，选通初始默认系统，送显示观测程序接口，分别接收GPS、北斗2代两路的输出接口协议数据，对于每路数据，分别通过搜索帧头标示符，获取完整的一组数据，缓冲区设置500字节能保证循环刷新的一组数据能覆盖完整的关键信息段；
第二步：通过SearchHead函数找出一组数据中各组成帧的帧头，再通过ParseData函数解析出缓冲区中每一帧数据包，GetInfo函数根据具体一帧的协议格式提取分析判决所用关键信息段，将字符型关键信息段转化为数值型；
第三步：根据协议格式判断GPS、北斗2代双系统的两路输出数据的有效性（即判断是否为空或者是否超出正常数值范围），选择数据有效的支路输出，完成初级判决。如果两路数据均有效，则转入下一步；
第四步：由GetInfo函数分别提取GPS、北斗2代两路输出的经纬度信息段，将字符型关键信息段转化为数值型；
第五步：分离角度、分度信息，将角度、分度单位换算成弧度单位；
第六步：将两路输出看成同一位置的两组不同定位结果，计算定位距离误差，具体算法是以经过此两定位点的地球圆周为基础，利用地球半径常数，计算两定位点之间的弧面距离，即过这两点的圆的劣弧长；
第七步：若弧面距离大于等于系统容许的门限值，则选通北斗2代支路，完成中级判决，若弧面距离小于系统容许的门限值，则转入下一步；
第八步：调用GetInfo函数进一步提取分析位置精度信息，选择位置精度高的支路输出最终结果，完成高级判决；
第九步：输出结果延时保留，一次完整的分级自动判决过程完成，转入第一步。
此外，上述第六步中，根据公知的几何学常识，在球面上两点距离足够近的情况下，可将弧面距离近似为欧氏距离，在没有预判距离误差门限的情况下，用弧面距离适用情况更广泛，但计算量大些。
Claims (2)
1.一种用于GPS/北斗2代双系统卫星导航接收机的分级无缝切换方法，其特征在于依次包含如下步骤：
步骤一、获取并分析输出接口协议数据，提取自动判决所需要的关键信息字段；
步骤二、判断GPS、北斗2代双系统的两路输出数据的有效性，选择数据有效的支路输出，完成初级判决；如果两路数据均有效进入步骤三；
步骤三、进一步提取分析定位信息，计算GPS、北斗2代支路定位点的弧面距离，弧面距离大于等于门限值，选择北斗2代支路输出，完成中级判决，小于门限值，进入步骤四；
步骤四、进一步提取分析位置精度信息，选择位置精度高的支路输出最终结果，完成高级判决；
步骤五、输出结果延时保留，一次完整的分级自动判决过程完成，转到步骤一；
所述步骤三依次包括如下步骤：
1)分别提取GPS、北斗2代两路输出的经纬度信息；
2)分离角度、分度信息；
3)将角度、分度单位换算成弧度单位；
4)将两路输出看成同一位置的两组不同定位结果，以经过此两定位点的地球圆周为基础，利用地球半径常数，计算两定位点之间的弧面距离，即过这两点的圆的劣弧长；
5)若弧面距离大于等于系统容许的门限值，则选通北斗2代支路，完成中级判决，若弧面距离小于系统容许的门限值，则转入步骤四。
2.根据权利要求1所述的一种用于GPS/北斗2代双系统卫星导航接收机的分级无缝切换方法，其特征在于：所述步骤一依次包括如下步骤：
1)分别接收GPS、北斗2代通路的输出接口协议数据；
2)找到每帧接口协议数据的开头，解析各类数据包；
3)从各类数据包中解析提取判决所用关键信息段。
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