CN107884789A - 一种gps卫星并行捕捉方法、设备及存储设备 - Google Patents

一种gps卫星并行捕捉方法、设备及存储设备 Download PDF

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    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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Abstract

本发明实施方式公开了一种GPS卫星并行捕捉方法，还公开了相应的设备以及存储设备。本发明实施例中，通过多GPS卫星信号并行捕捉，并将捕捉的多GPS卫星进行分组，再计算每组GPS卫星的复合码字，从而大大加快了卫星捕捉过程，并且降低计算复杂度和定位能耗。

Description

一种GPS卫星并行捕捉方法、设备及存储设备
技术领域
本发明实施方式涉及GPS卫星定位，特别是涉及一种GPS卫星并行捕捉方法、设备及存储设备。
背景技术
目前，卫星定位已经成为人们日常生活中的一项重要服务，例如交通运输行业、室外导航、自动驾驶、无人机导航等领域，诞生了很多基于位置的服务，例如查找附近的餐厅、附近的景点、手机打车等。
然而，国内外研究工作表明，GPS卫星定位的能耗特别大。GPS接收机必须连续接收多个卫星的广播信号，判断哪些卫星是可见的，并计算出卫星的星历、位置和当前时间，最后才能得到定位位置。整个定位过程有大量的算法计算，导致GPS接收机的能耗特别大。智能手机的实验表明，GPS能耗大约143-166毫瓦，手机端只能完成6-7个小时的连续导航定位。因此，如何优化GPS能耗是一个特别重要的研究问题。
发明内容
本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种GPS卫星并行捕捉方法、设备及存储设备，从而大大加快了卫星捕捉过程，并且降低计算复杂度和定位能耗。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：
提供一种GPS卫星并行捕捉方法，包括：
一次并行捕捉多个GPS卫星信号，并获取各GPS卫星对应码字；
将所述GPS卫星以K个为一组进行分组；
将每组中K个GPS卫星的码字相加得到该组GPS卫星的复合码字。
进一步的，所述将GPS卫星以K个为一组进行分组的步骤之后还包括：
对各GPS卫星的码字乘以一个归一化权重Wi；
所述将每组中K个GPS卫星的码字相加得到该组GPS卫星的复合码字具体的：
其中，C为复合码字，Ci为卫星i的码字，Wi为归一化权重；
并且，初始情况下，每个GPS卫星信号加的权重Wi都相同，如果卫星信号能被捕捉到，则下一次加的权重Wi+1＝Wi+d，其中，d为一个定值。
进一步的，所述将GPS卫星以K个为一组进行分组的步骤包括：
在待选择GPS卫星集中选择脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u；
在待查找GPS卫星集中查找与所述GPS卫星u同一组的其他卫星；
更新剩下的GPS卫星集作为新的待选择GPS卫星集，并在所述待选择GPS卫星集中继续执行选择脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u，并查找与所述GPS卫星u同一组的其他卫星的步骤，直至完成所有GPS卫星的分组。
进一步的，所述在待查找GPS卫星集中查找与所述GPS卫星u同一组的其他卫星的步骤包括：
在待查找GPS卫星集中查询与GPS卫星u的码元差异最大、噪声功率谱较低的GPS卫星s与GPS卫星u分为一个组，并更新剩下的GPS卫星集作为新的待查找GPS卫星集；
在所述新的待查找GPS卫星集中继续执行查询与GPS卫星u的码元差异最大、噪声功率谱较低的GPS卫星s与GPS卫星u分为一个组，并更新剩下的GPS卫星集作为新的待查找GPS卫星集的步骤，直至找不到新的GPS卫星s。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的第二个技术方案是：
提供一种GPS卫星并行捕捉设备，包括：
捕捉模块，用于一次并行捕捉多个GPS卫星信号，并获取各GPS卫星对应码字；
分组模块，用于将所述GPS卫星以K个为一组进行分组；
复合码字计算模块，用于将每组中K个GPS卫星的码字相加得到改组GPS卫星的复合码字。
进一步的，所述设备还包括：
加权模块，用于对各GPS卫星的码字乘以一个归一化权重Wi。
进一步的，所述分组模块包括：
选择单元，用于在待选择的GPS卫星集中选择脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u；
查找单元，用于在待查找GPS卫星集中查找与所述GPS卫星u同一组的其他卫星；
更新单元，用于更新剩下的GPS卫星集作为新的待选择GPS卫星集。
进一步的，所述查找单元包括：
查询单元，用于在待查找GPS卫星集中查询与GPS卫星u的码元差异最大、噪声功率谱较低的GPS卫星s与GPS卫星u分为一个组；
更新单元，用于更新剩下的GPS卫星集作为新的待查找GPS卫星集。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的第三个技术方案是：提供一种存储设备，所述存储设备存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的第四个技术方案是：提供一种GPS卫星并行捕捉设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式中通过多GPS卫星信号并行捕捉，并将捕捉的多GPS卫星进行分组，再计算每组GPS卫星的复合码字，从而大大加快了卫星捕捉过程，并且降低计算复杂度和定位能耗。
附图说明
图1是本发明实施例一种GPS卫星并行捕捉方法的数据流程图；
图2是本发明实施例一种GPS卫星并行捕捉方法的另一数据流程图；
图3是本发明实施例一种GPS卫星并行捕捉设备的逻辑结构示意图；
图4是本发明实施例一种GPS卫星并行捕捉设备的另一逻辑结构示意图；
图5是本发明实施例一种GPS卫星并行捕捉设备的另一逻辑结构示意图。
具体实施方式
实施例一，参阅图1，本发明GPS卫星并行捕捉方法的实施方式包括：
101、一次并行捕捉多个GPS卫星信号，并获取各GPS卫星对应码字；
GPS卫星定位计算的第一个阶段就是卫星信号捕捉，主要用于分析卫星信号，判断哪些卫星是可见的，哪些卫星是不可见的，例如被建筑物等周边环境遮挡住时就不可见了。因为GPS卫星信号的唯一性，每个GPS卫星都有一个唯一的CDMA码字。在具体实现中，需要将采集到的GPS卫星信号与每个GPS卫星的CDMA码字做相关性，判断两者是否有相关性，即如果卫星可见，则GPS卫星信号与卫星CDMA码字具有相关性，捕捉结果里面就有一个脉冲峰值；如果卫星不可见，则GPS卫星信号与卫星没有相关性，捕捉结果就没有脉冲峰值。
首先GPS卫星并行捕捉设备一次并行捕捉多个GPS卫星信号，并获取各GPS卫星对应码字。
需要说明的是，本发明中的GPS卫星并行捕捉设备可以为用户手持GPS智能终端，例如手机、PAD等等，也可以是车载GPS导航，此处不做限制。
102、将GPS卫星以K个为一组进行分组；
在步骤101中并行捕捉多个GPS卫星信号后，再将这些GPS卫星集以K个GPS卫星为一组进行分组。
103、将每组中K个GPS卫星的码字相加得到该组GPS卫星的复合码字；
将每组中K个GPS卫星的码字相加得到该组GPS卫星的复合码字，具体的：
假设卫星i的码字为Ci,K个卫星为一组，将所有卫星码字累加起来，得到卫星每个组的复合码字由于GPS卫星的码字互相正交，各个卫星与GPS信号的相关结果之和，数值上等于卫星分组复合码字与GPS卫星信号的相关结果。因此，多卫星并行方法通过引入卫星分组，将算法计算量降低到现有技术中GPS卫星捕捉方法的1/K。
在本实施例中，通过多GPS卫星信号并行捕捉，并将捕捉的多GPS卫星进行分组，再计算每组GPS卫星的复合码字，从而大大加快了卫星捕捉过程，并且降低计算复杂度和定位能耗。
实施例二，参阅图2，本发明GPS卫星并行捕捉方法的实施方式包括：
201、一次并行捕捉多个GPS卫星信号，并获取各GPS卫星对应码字；
GPS卫星定位计算的第一个阶段就是卫星信号捕捉，主要用于分析卫星信号，判断哪些卫星是可见的，哪些卫星是不可见的，例如被建筑物等周边环境遮挡住时就不可见了。因为GPS卫星信号的唯一性，每个GPS卫星都有一个唯一的CDMA码字。在具体实现中，需要将采集到的GPS卫星信号与每个GPS卫星的CDMA码字做相关性，判断两者是否有相关性，即如果卫星可见，则GPS卫星信号与卫星CDMA码字具有相关性，捕捉结果里面就有一个脉冲峰值；如果卫星不可见，则GPS卫星信号与卫星没有相关性，捕捉结果就没有脉冲峰值。
首先一次并行捕捉多个GPS卫星信号，并获取各GPS卫星对应码字。
202、对各GPS卫星的码字乘以一个归一化权重Wi；
在步骤201中并行捕捉多个GPS卫星信号后，对各GPS卫星的码字乘以一个归一化权重Wi；具体的：
由于GPS卫星信号存在各种噪声干扰，如果将多个GPS卫星信号并行捕捉，噪声信息会互相叠加起来，会影响到脉冲峰值的分辨能力，降低了有用GPS卫星信号的信噪比。为了提高脉冲峰值的分辨能力，本实施例中对每个GPS卫星信号进行加权。每个GPS卫星信号先乘以一个归一化权重Wi，然后再计算复合码字。在初始情况下，每个卫星的权重都是相同的，Wi＝1/K。如果卫星信号能被捕捉到，则下一次加的权重Wi+1＝Wi+d，其中，d为一个定值，用于下次并行捕捉。
203、判断是否已将所有GPS卫星都分组；
考虑到噪声的影响，每个GPS卫星信号的脉冲峰值都有一定的宽度。不同GPS卫星信号的峰值虽然不同，但脉冲峰之间可能会有一些重叠区域，直接累加起来可能彼此产生新的干扰，例如造成两个峰值被合并。因此，本实施例中采用动态分组方法，保证每个组的码字差异比较大，脉冲峰值间隔的比较远，这样组内的卫星互相不产生干扰。
首先对所有的GPS卫星信号做一次完整的捕捉操作，记录下所有GPS卫星信号的脉冲峰位置、幅度p、噪声功率谱q。
接下来，需要给捕捉到的GPS卫星集进行分组，首先判断是否已将所有GPS卫星都分组，如果已经全部分组，则执行步骤208；如果没有全部分组，则执行步骤204，直到全部分组。
204、在待选择GPS卫星集中选择脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u；
在分组一开始，考虑到较弱的卫星可能会被噪声干扰，分组过程优先选择这些卫星，即选择脉冲峰值幅度较小的可见卫星。具体的：
首先需要在待选择GPS卫星集中选择脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u；
u＝{u||u？U|min{pu}}，
其中，u是本次将要选中的卫星，U是所有可见的卫星集合，pu是所有可见卫星的脉冲峰值。本公式通过最小化操作，找到可见卫星集合U里面，脉冲峰值pu最小的卫星。
找到脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u后，更新GPS卫星集作为待查找GPS卫星集，即从可见卫星集合U里面去掉已经选中的卫星：U＝U-u。
205、在待查找GPS卫星集中查找与GPS卫星u的码元差异最大、噪声功率谱较低的GPS卫星s；
与卫星u对比，加入与它们的码元差异最大、噪声功率谱较低的其他GPS卫星s，具体的：
s＝{s||s？U|max{cs,cu},min{qs}}，
在上述公式中，s是本次将要选中的卫星，U是待查找GPS卫星集，cs是本次将要选中的卫星s的卫星码字，cu是上次选中的卫星u的卫星码字，qs是本次将要选中的卫星s的噪声功率谱。
本公式通过最大化卫星码字cs和cu的差异，同时最小化卫星噪声qs，来找到卫星集合U里面的待选卫星s。
206、将GPS卫星s与GPS卫星u分为一个组；
找到GPS卫星s后，将GPS卫星s与GPS卫星u分为一个组，然后更新GPS卫星集作为待查找GPS卫星集，即从可见卫星集合U里面去掉已经选中的卫星：U＝U-u。。
207、判断与GPS卫星一组的卫星是否已经查找完；
再判断与GPS卫星一组的卫星是否已经查找完，如果已经找完，则执行步骤203，开始进行下一个分组；如果没有找完，则执行步骤205继续查找，直到查找完成。
208、将每组中K个GPS卫星的码字相加得到该组GPS卫星的复合码字；
加权后每组GPS卫星的复合字码计算公式为：
其中，Ci为GPS卫星i的码字，Wi为归一化权重。
本实施例中，通过多GPS卫星信号并行捕捉，并将捕捉的多GPS卫星进行动态分组，保证每个组的码字差异比较大，脉冲峰值间隔的比较远，这样组内的卫星互相不产生干扰；再计算加权后每组GPS卫星的复合码字，提高了GPS卫星信号脉冲峰值的分辨能力；实现了加快卫星捕捉过程，并且降低计算复杂度和定位能耗。
实施例三，参阅图3和图4，本发明GPS卫星并行捕捉设备的实施方式包括：
捕捉模块301，用于一次并行捕捉多个GPS卫星信号，并获取各GPS卫星对应码字；具体的，GPS卫星定位计算的第一个阶段就是卫星信号捕捉，主要用于分析卫星信号，判断哪些卫星是可见的，哪些卫星是不可见的，例如被建筑物等周边环境遮挡住时就不可见了。因为GPS卫星信号的唯一性，每个GPS卫星都有一个唯一的CDMA码字。在具体实现中，需要将采集到的GPS卫星信号与每个GPS卫星的CDMA码字做相关性，判断两者是否有相关性，即如果卫星可见，则GPS卫星信号与卫星CDMA码字具有相关性，捕捉结果里面就有一个脉冲峰值；如果卫星不可见，则GPS卫星信号与卫星没有相关性，捕捉结果就没有脉冲峰值。首先一次并行捕捉多个GPS卫星信号，并获取各GPS卫星对应码字。
分组模块302，用于将GPS卫星以K个为一组进行分组；具体的，将GPS卫星以K个为一组进行动态分组。
复合码字计算模块303，用于将每组中K个GPS卫星的码字相加得到改组GPS卫星的复合码字；具体的，假设卫星i的码字为Ci,K个卫星为一组，将所有卫星码字累加起来，得到卫星每个组的复合码字由于GPS卫星的码字互相正交，各个卫星与GPS信号的相关结果之和，数值上等于卫星分组复合码字与GPS卫星信号的相关结果。因此，多卫星并行方法通过引入卫星分组，将算法计算量降低到现有技术中GPS卫星捕捉方法的1/K。
进一步的，本实施例中的GPS卫星并行捕捉设备还包括：
加权模块304，用于对各GPS卫星的码字乘以一个归一化权重Wi。
进一步的，分组模块302包括：
选择单元3021，用于在待选择的GPS卫星集中选择脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u；具体的：
在分组一开始，考虑到较弱的卫星可能会被噪声干扰，分组过程优先选择这些卫星，即选择脉冲峰值幅度较小的可见卫星。具体的：
首先需要在待选择GPS卫星集中选择脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u；
u＝{u||u？U|min{pu}}，
其中，u是本次将要选中的卫星，U是所有可见的卫星集合，pu是所有可见卫星的脉冲峰值。本公式通过最小化操作，找到可见卫星集合U里面，脉冲峰值pu最小的卫星。
找到脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u后，更新GPS卫星集作为待查找GPS卫星集，即从可见卫星集合U里面去掉已经选中的卫星：U＝U-u。
查找单元3022，用于在待查找GPS卫星集中查找与GPS卫星u同一组的其他卫星；
进一步的，查找单元3022包括：
查询单元，用于在待查找GPS卫星集中查询与GPS卫星u的码元差异最大、噪声功率谱较低的GPS卫星s与GPS卫星u分为一个组。
更新单元，用于更新剩下的GPS卫星集作为新的待查找GPS卫星集。
具体的：
在待查找GPS卫星集中查找与GPS卫星u的码元差异最大、噪声功率谱较低的GPS卫星s：
与卫星u对比，加入与它们的码元差异最大、噪声功率谱较低的其他GPS卫星s，具体的：
s＝{s||s？U|max{cs,cu},min{qs}}，
在上述公式中，s是本次将要选中的卫星，U是待查找GPS卫星集，cs是本次将要选中的卫星s的卫星码字，cu是上次选中的卫星u的卫星码字，qs是本次将要选中的卫星s的噪声功率谱。
本公式通过最大化卫星码字cs和cu的差异，同时最小化卫星噪声qs，来找到卫星集合U里面的待选卫星s。
更新单元3023，用于更新剩下的GPS卫星集作为新的待选择GPS卫星集。
本实施例中，通过多GPS卫星信号并行捕捉，并将捕捉的多GPS卫星进行动态分组，保证每个组的码字差异比较大，脉冲峰值间隔的比较远，这样组内的卫星互相不产生干扰；再计算加权后每组GPS卫星的复合码字，提高了GPS卫星信号脉冲峰值的分辨能力；实现了加快卫星捕捉过程，并且降低计算复杂度和定位能耗。
实施例五，请参阅图5，本发明一种GPS卫星并行捕捉设备包括存储器、处理器以及存储在该存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行存储器中的计算机程序时实现实施例一和实施例二中方法的步骤，步骤具体详见实施例一和实施例二，此处不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种GPS卫星并行捕捉方法，其特征在于，包括：
一次并行捕捉多个GPS卫星信号，并获取各GPS卫星对应码字；
将所述GPS卫星以K个为一组进行分组；
将每组中K个GPS卫星的码字相加得到该组GPS卫星的复合码字。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将GPS卫星以K个为一组进行分组的步骤之后还包括：
对各GPS卫星的码字乘以一个归一化权重Wi；
所述将每组中K个GPS卫星的码字相加得到该组GPS卫星的复合码字具体的：
其中，C为复合码字，Ci为卫星i的码字，Wi为归一化权重；
并且，初始情况下，每个GPS卫星信号加的权重Wi都相同，如果卫星信号能被捕捉到，则下一次加的权重Wi+1＝Wi+d，其中，d为一个定值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述GPS卫星以K个为一组进行分组的步骤包括：
在待选择GPS卫星集中选择脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u；
在待查找GPS卫星集中查找与所述GPS卫星u同一组的其他卫星；
更新剩下的GPS卫星集作为新的待选择GPS卫星集，并在所述待选择GPS卫星集中继续执行选择脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u，并查找与所述GPS卫星u同一组的其他卫星的步骤，直至完成所有GPS卫星的分组。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在待查找GPS卫星集中查找与所述GPS卫星u同一组的其他卫星的步骤包括：
在待查找GPS卫星集中查询与GPS卫星u的码元差异最大、噪声功率谱较低的GPS卫星s与GPS卫星u分为一个组，并更新剩下的GPS卫星集作为新的待查找GPS卫星集；
在所述新的待查找GPS卫星集中继续执行查询与GPS卫星u的码元差异最大、噪声功率谱较低的GPS卫星s与GPS卫星u分为一个组，并更新剩下的GPS卫星集作为新的待查找GPS卫星集的步骤，直至找不到新的GPS卫星s。
5.一种GPS卫星并行捕捉设备，其特征在于，包括：
捕捉模块，用于一次并行捕捉多个GPS卫星信号，并获取各GPS卫星对应码字；
分组模块，用于将所述GPS卫星以K个为一组进行分组；
复合码字计算模块，用于将每组中K个GPS卫星的码字相加得到改组GPS卫星的复合码字。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：
加权模块，用于对各GPS卫星的码字乘以一个归一化权重Wi。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述分组模块包括：
选择单元，用于在待选择的GPS卫星集中选择脉冲峰值幅度最小的GPS卫星u；
查找单元，用于在待查找GPS卫星集中查找与所述GPS卫星u同一组的其他卫星；
更新单元，用于更新剩下的GPS卫星集作为新的待选择GPS卫星集。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述查找单元包括：
查询单元，用于在待查找GPS卫星集中查询与GPS卫星u的码元差异最大、噪声功率谱较低的GPS卫星s与GPS卫星u分为一个组；
更新单元，用于更新剩下的GPS卫星集作为新的待查找GPS卫星集。
9.一种存储设备，所述存储设备存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
10.一种GPS卫星并行捕捉设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
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