CN105022071A - 一种导航卫星序列筛选方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导航卫星序列筛选方法以及装置，以解决现有的卫星定位技术方案复杂度较高以及能耗较高的技术问题。方法包括：在连续定位计算过程中，记录每个数据段用于解算位置信息的卫星序列；将第k个数据段捕获到的卫星序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较，筛选出重复的卫星组成可用卫星序列，k为大于1的整数；对第k段数据采用筛选出的可用卫星序列解算位置信息。
Description
技术领域
本发明涉及通信和导航技术领域，具体涉及一种导航卫星序列筛选方法以及装置。
背景技术
采用全球定位系统（Global Positioning System，GPS）等进行的卫星定位计算中，接收机例如GPS接收机的处理过程一般包括捕获卫星、跟踪卫星和解算位置三个步骤。
现有的接收机通常对捕获到的全部卫星进行计算。但是，有些时候捕获的卫星的数量非常多，如果采用捕获到的全部卫星进行计算，会导致计算复杂度很高，而且会大量消耗接收机的能量。
发明内容
本发明实施例提供一种导航卫星序列筛选方法以及装置，以解决现有的卫星定位技术方案复杂度较高以及能耗较高的技术问题。
本发明第一方面提供一种导航卫星序列筛选方法，包括：
在连续定位计算过程中，记录每个数据段用于解算位置信息的卫星序列；
将第k个数据段捕获到的卫星序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较，筛选出重复的卫星组成可用卫星序列，k为大于1的整数；
对第k段数据采用筛选出的可用卫星序列解算位置信息。
本发明第二方面提供一种导航卫星序列筛选装置，包括：
记录模块，用于在连续定位计算过程中，记录每个数据段用于解算位置信息的卫星序列；
筛选模块，用于将第k个数据段捕获到的卫星序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较，筛选出重复的卫星组成可用卫星序列，k为大于1的整数；
计算模块，用于对第k段数据采用筛选出的可用卫星序列解算位置信息。
由上可见，本发明实施例采用在连续定位计算过程中，记录每个数据段用于解算位置信息的卫星序列；将第k个数据段捕获到的卫星序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较，筛选出重复的卫星组成可用卫星序列，k为大于1的整数；对第k段数据采用筛选出的可用卫星序列解算位置信息技术方案，取得了以下技术效果：
结合第k-1段数据用于解算位置信息的卫星序列，对第k端数据的可用卫星序列进行筛选，减少了参与计算的卫星的个数，从而可以降低计算的复杂度，并且，可以减少接收机的能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术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它的附图。
图1是本发明一个实施例提供的导航卫星序列筛选方法的示意图；
图2是本发明一个实施例提供的导航卫星序列筛选装置的示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种导航卫星序列筛选方法以及装置，以解决现有的卫星定位技术方案复杂度较高以及能耗较高的技术问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
为了方便理解本发明，首先介绍本发明描述中会引入的几个要素。
GPS系统：
GPS是Global Positioning System（全球定位系统）的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。GPS的前身是美国军方研制的一种子午仪卫星定位系统(Transit)，1958年研制，1964年正式投入使用。该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。
GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。民用的定位精度可达10米内。
GPS系统组成：
空间部分：GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，运行周期为12h。卫星均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55°。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。
地面控制系统：地面控制系统由监测站(Monitor Station）、主控制站（MasterMonitor Station）、地面天线（Ground Antenna）所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市（Colorado.Springfield）。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。
用户设备部分：用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。其次则为使用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。
GPS系统导航原理：
GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。
GPS接收机：
GPS接收机是接收全球定位系统卫星信号并确定地面空间位置的仪器。GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机。
GPS数据处理过程：
GPS接收机接收到GPS数据之后，处理过程包括捕获卫星、跟踪卫星以及伪距估算。捕获卫星的目的是确定可见卫星及卫星信号的载波频率、码相位的粗略值。捕获的常用方法串行搜索捕获、并行空间搜索捕获、并行码相位搜索捕获等。捕获提供了对频率以及码相位参数的粗略估计，跟踪卫星的主要目的是使这些参数更加精确化，并且保持跟踪，然后从跟踪的卫星信号中解调出导航数据，同时提供伪距估计。解算伪距包括导航数据恢复、导航数据的解码、解算卫星的位置、伪距估计以及解算接收机的位置。通过捕获卫星、跟踪卫星和计算伪距最终确定接收机的位置，完成定位。
下面通过具体实施例，对本发明实施例技术方案进行详细的说明。
实施例一、
请参考图1，本发明实施例提供一种导航卫星序列筛选方法，可包括：
110、在连续定位计算过程中，记录每个数据段用于解算位置信息的卫星序列。
本发明实施例方法的执行主体是接收机。本发明中接收机泛指用户的GPS设备，比如手机GPS模块、车载导航装置等；本发明中接收机还可以是指北斗导航系统设备等。
GPS定位计算时包括捕获卫星、跟踪卫星和解算位置信息三个步骤。捕获卫星之后会获得一个可用于计算的卫星的序列，由于GPS定位需要使用四颗或者以上的卫星的位置信息来确定接收机的位置，所以捕获之后卫星序列卫星个数大于或等于4颗才能继续进行下一步计算。
捕获卫星之后获得的卫星序列还需要经过卫星跟踪过程，对捕获的卫星序列进行一些筛选，将其中的无效卫星去除，比如去掉仰角小于15度的卫星，去掉卫星参数有错误地卫星。对于整个捕获卫星的序列，每次计算都需要对序列中的每一个卫星进行很多判断和参数比对，来去掉参数有错误或者仰角小于15度的卫星从而形成一个新的卫星序列进行用户位置结算，新的卫星序列中的所有卫星都是有效卫星，并且有效卫星个数不得小于4颗。利用解算前生成的卫星序列，接收机首先解算出卫星的位置信息，然后再确定接收机的位置，完成定位过程。
GPS连续定位时，会连续处理特定长度的多个数据段，每次处理一个新的数据段，都需要经过捕获卫星、跟踪卫星和解算位置的过程。本发明实施例方法中，在连续定位计算过程中，记录每个数据段的、用于解算位置信息的卫星序列，用于辅助下一段数据的定位。
120、将第k个数据段捕获到的卫星序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较，筛选出重复的卫星组成可用卫星序列，k为大于1的整数。
通常，捕获到的卫星一般在8颗以上，现有技术中是将所有的捕获卫星都用于位置解算，但是使用所有的卫星解算接收机的位置，会耗费很长的时间以及消耗接收机大量的能量。
本发明实施例中，可根据计算的精度，首先设定参与计算的卫星个数的最小值，作为阈值，记为N。一般的，四颗卫星计算就能确定接收机的位置，因此参与解算的卫星个数最小可以是四颗，即阈值N大于或等于4。
以第k段数据为例，其计算过程中，经过捕获计算，捕获到卫星序列之后，将第k个数据段捕获到的卫星序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较，以筛选出重复的卫星组成可用卫星序列。例如，a1，a2，a3和a4是筛选出的重复的卫星，则以a1，a2，a3和a4组成可用卫星序列。
130、对第k段数据采用筛选出的可用卫星序列解算位置信息。
本步骤中，对第k段数据采用筛选出的可用卫星序列解算位置信息。其中，根据可用卫星序列包含的卫星的个数，可以有不同的处理方式，例如包括：
判断筛选出的可用卫星序列的个数等于阈值N时，对第k段数据，采用筛选出的N个可用卫星序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数。
判断筛选出的可用卫星序列的个数大于阈值N时，对第k段数据，采用筛选出的可用卫星序列中的至少N个卫星的序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数，N为大于或等于4的整数。
判断筛选出的可用卫星序列的个数小于阈值N时，从第k个数据段捕获到的卫星序列中选择至少一个其它卫星，将筛选出的可用卫星序列补足到N个，对第k段数据采用补足后的N个可用卫星序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数。
以一个应用场景例为例进行介绍：首先设定参与计算的卫星个数的阈值N，比如设定N等于5；当捕获到的卫星高于五颗时，将捕获到的卫星序列和第k-1段数据的用于解算位置信息的卫星序列对比，筛选重复的卫星，如果重复的卫星个数大于阈值，则随机取数目等于阈值的卫星作为参与计算的卫星；如果重复的卫星个数等于阈值，就直接取重复的卫星作为参与计算的卫星；如果重复的卫星小于阈值，则先取重复的卫星，再用第k段数据捕获卫星中非重复的卫星挑选出特定数目，和重复的卫星组成个数等于阈值的卫星作为参与计算的卫星。
本发明实施例中，选取重复的卫星进行计算，是因为在定位计算中，上一段计算过程中经过捕获、跟踪、解算过程的生成的卫星序列是有效的卫星，在第k-1段数据解算过程中记录的卫星排除了仰角小于15度以及卫星星历中有错误的卫星。所以选用第k-1段和第k段数据重复的卫星，可以减少在第k段数据跟踪和解算过程中剔除仰角大于15度以及有参数错误的卫星的过程，降低了计算的复杂度。
以上，本发明实施例公开了一种用于卫星定位计算过程的导航卫星序列筛选方法，该方法的总体思路为：在接收机处理导航数据时，当处理第k段数据时，将第k段数据经过捕获卫星计算后获取的卫星序列与第k-1段用于解算位置信息的卫星序列进行比较，筛选出重复的卫星，如果重复的卫星不足4颗，则用第k段数据的捕获卫星序列补全到一定的卫星个数，对于第k段数据用于计算的卫星个数可以具体设定。
本发明方法采用上述技术方案，取得了以下技术效果：结合第k-1段数据用于解算位置信息的卫星序列，对第k端数据的可用卫星序列进行筛选，减少了参与计算的卫星的个数，从而可以降低计算的复杂度，并且，可以减少接收机的能耗。可见，本发明实施例技术方案可以降低接收机处理导航数据过程的计算时间，可以降低接收机处理导航数据的能耗。
实施例二、
请参考图2，本发明实施例提供一种导航卫星序列筛选装置，可包括：
记录模块210，用于在连续定位计算过程中，记录每个数据段用于解算位置信息的卫星序列；
筛选模块220，用于将第k个数据段捕获到的卫星序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较，筛选出重复的卫星组成可用卫星序列，k为大于1的整数；
计算模块230，用于对第k段数据采用筛选出的可用卫星序列解算位置信息。
本发明一些实施例中，所述计算模块230，可具体用于判断筛选出的可用卫星序列的个数等于阈值N时，对第k段数据，采用筛选出的N个可用卫星序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数。
本发明一些实施例中，所述计算模块230，可具体用于判断筛选出的可用卫星序列的个数大于阈值N时，对第k段数据，采用筛选出的可用卫星序列中的至少N个卫星的序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数，N为大于或等于4的整数。
本发明一些实施例中，所述计算模块230，可具体用于判断筛选出的可用卫星序列的个数小于阈值N时，从第k个数据段捕获到的卫星序列中选择至少一个其它卫星，将筛选出的可用卫星序列补足到N个，对第k段数据采用补足后的N个可用卫星序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数。
本发明一些实施例中，所述筛选模块220，可具体用于将第k个数据段捕获到的卫星序列中的无效卫星去除，所述无效卫星包括参数错误以及仰角小于15度的卫星；将剩余的有效卫星的序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较。
本发明实施例装置可以部署在接收机中。本发明中接收机泛指用户的GPS设备，比如手机GPS模块、车载导航装置等；本发明中接收机还可以是指北斗导航系统设备等。
以上，本发明实施例提供了一种卫星序列筛选装置，该装置处理导航数据过程中，当处理第k段数据时，将第k段数据经过捕获卫星计算后获取的卫星序列与第k-1段用于解算位置信息的卫星序列进行比较，筛选出重复的卫星，如果重复的卫星不足4颗，则用第k段数据的捕获卫星序列补全到一定的卫星个数，对于第k段数据用于计算的卫星个数可以具体设定。
本发明装置结合第k-1段数据用于解算位置信息的卫星序列，对第k端数据的可用卫星序列进行筛选，减少了参与计算的卫星的个数，可以降低计算的复杂度，缩短计算时间，并且可以减少接收机的能耗。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
以上对本发明实施例所提供的导航卫星序列筛选方法以及装置进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员，依据本发明的思想，在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种导航卫星序列筛选方法，其特征在于，包括：
在连续定位计算过程中，记录每个数据段用于解算位置信息的卫星序列；
将第k个数据段捕获到的卫星序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较，筛选出重复的卫星组成可用卫星序列，k为大于1的整数；
对第k段数据采用筛选出的可用卫星序列解算位置信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对第k段数据采用筛选出的可用卫星序列解算位置信息包括：
判断筛选出的可用卫星序列的个数等于阈值N时，对第k段数据，采用筛选出的N个可用卫星序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对第k段数据采用筛选出的可用卫星序列解算位置信息包括：
判断筛选出的可用卫星序列的个数大于阈值N时，对第k段数据，采用筛选出的可用卫星序列中的至少N个卫星的序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数，N为大于或等于4的整数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
判断筛选出的可用卫星序列的个数小于阈值N时，从第k个数据段捕获到的卫星序列中选择至少一个其它卫星，将筛选出的可用卫星序列补足到N个，对第k段数据采用补足后的N个可用卫星序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述将第k个数据段捕获到的卫星序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较包括：
将第k个数据段捕获到的卫星序列中的无效卫星去除，所述无效卫星包括参数错误以及仰角小于15度的卫星；将剩余的有效卫星的序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较。
6.一种导航卫星序列筛选装置，其特征在于，包括：
记录模块，用于在连续定位计算过程中，记录每个数据段用于解算位置信息的卫星序列；
筛选模块，用于将第k个数据段捕获到的卫星序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较，筛选出重复的卫星组成可用卫星序列，k为大于1的整数；
计算模块，用于对第k段数据采用筛选出的可用卫星序列解算位置信息。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述计算模块，具体用于判断筛选出的可用卫星序列的个数等于阈值N时，对第k段数据，采用筛选出的N个可用卫星序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述计算模块，具体用于判断筛选出的可用卫星序列的个数大于阈值N时，对第k段数据，采用筛选出的可用卫星序列中的至少N个卫星的序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数，N为大于或等于4的整数。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述计算模块，具体用于判断筛选出的可用卫星序列的个数小于阈值N时，从第k个数据段捕获到的卫星序列中选择至少一个其它卫星，将筛选出的可用卫星序列补足到N个，对第k段数据采用补足后的N个可用卫星序列解算位置信息，N为大于或等于4的整数。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于：
所述筛选模块，具体用于将第k个数据段捕获到的卫星序列中的无效卫星去除，所述无效卫星包括参数错误以及仰角小于15度的卫星；将剩余的有效卫星的序列与第k-1个数据段用于解算位置信息的卫星序列进行比较。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |