CN108802771B - 导航卫星信号跟踪方法、设备、系统及存储介质 - Google Patents

导航卫星信号跟踪方法、设备、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种导航卫星信号跟踪方法、设备、系统及存储介质。本发明的导航卫星信号跟踪设备根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角，根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据获得的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值，将所述当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较，根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略，依据待跟踪卫星的信号强弱，自适应地调整跟踪策略，能够有效解决低仰角弱信号环境跟踪不稳定和强信号环境信号溢出的问题，很好地应对各种不同信号强度的情况。

Description

导航卫星信号跟踪方法、设备、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种导航卫星信号跟踪方法、设备、系统及存储介质。
背景技术
卫星导航应用在国民经济中发挥着越来越重要的作用，应用领域涉及航空、海路、铁路、建筑、电信及电力等方面。
在不同的环境下，导航卫星信号强度不同。尤其在战时，各国可能会大幅调整导航卫星信号强度。接收机如果按同一种跟踪策略对不同强度的信号进行跟踪，则无法兼顾信号太强或者太弱的情况，信号太强，可能会导致相干积分时数据溢出，从而导致跟踪异常；信号太弱，则可能会导致跟踪不稳定，灵敏度过低。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种导航卫星信号跟踪方法、设备、系统及存储介质，旨在解决现有技术中不能根据卫星信号的强弱自适应调整信号跟踪策略的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种导航卫星信号跟踪方法，所述方法包括以下步骤：
根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角；
根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值；
读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围；
将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较；
根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略。
优选地，所述根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角之前，所述方法还包括：
实时获取所述待跟踪卫星的信号能量值，分别获得多个所述待跟踪卫星的卫星轨道周期内的信号能量最大值；
对所述多个卫星轨道周期内的信号能量最大值进行比较，将最大的信号能量最大值作为所述待跟踪卫星的目标信号能量最大值；
基于所述目标信号能量最大值确定所述待跟踪卫星的第一端点信号能量值和第二端点信号能量值；
根据所述第一端点信号能量值和第二端点信号能量值确定所述待跟踪卫星的预设信号能量范围。
优选地，所述基于所述目标信号能量最大值确定所述待跟踪卫星的第一端点信号能量值和第二端点信号能量值之后，所述方法还包括：
基于所述第一端点信号能量值确定第一端点高度角，基于所述第二端点信号能量值确定第二端点高度角；
根据所述第一端点高度角和第二端点高度角确定所述待跟踪卫星的预设高度角范围。
优选地，所述基于所述第一端点信号能量值确定第一端点高度角，基于所述第二端点信号能量值确定第二端点高度角，具体包括：
设置所述第一端点信号能量值的第一波动范围及所述第二端点信号能量值的第二波动范围；
分别获取多个所述待跟踪卫星在所述第一波动范围内的信号能量值对应的第一高度角；
将多个所述第一高度角的平均值作为第一端点高度角；
分别获取多个所述待跟踪卫星在所述第二波动范围内的信号能量值对应的第二高度角；
将多个所述第二高度角的平均值作为第二端点高度角。
优选地，所述根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略，具体包括：
根据比较结果，根据预先设置的与所述比较结果对应的相干积分时间和跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪。
优选地，所述根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略，具体包括：
根据比较结果，根据预先设置的与所述比较结果对应的相干积分时间、积分前的数据移位的位数、积分后的数据移位的位数及跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪。
优选地，所述将所述待跟踪卫星的预设高度角范围存储至所述接收机的非易失性存储器中之后，所述方法还包括：
实时监测所述待跟踪卫星的信号能量值和高度角，基于监测的数据更新所述接收机的非易失存储器中的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种导航卫星信号跟踪设备，所述导航卫星信号跟踪设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的导航卫星信号跟踪程序，所述导航卫星信号跟踪程序配置为实现如上文所述的导航卫星信号跟踪方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种导航卫星信号跟踪系统，所述导航卫星信号跟踪系统包括：高度角确定模块、信号能量确定模块、预设数据获取模块、数据比较模块及跟踪策略确定模块；
高度角确定模块，用于根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角；
信号能量确定模块，用于根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值；
预设数据获取模块，用于读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围；
数据比较模块，用于将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较；
跟踪策略确定模块，用于根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有导航卫星信号跟踪程序，所述导航卫星信号跟踪程序被处理器执行时实现如上文所述的导航卫星信号跟踪方法的步骤。
在本发明中，导航卫星信号跟踪设备根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角，根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值，读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围，将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较，根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略，根据待跟踪卫星的信号强弱，自适应地调整跟踪策略，能够有效解决低仰角弱信号环境跟踪不稳定和强信号环境信号溢出的问题，很好地应对各种不同信号强度的情况。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的导航卫星信号跟踪设备结构示意图；
图2为本发明导航卫星信号跟踪方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明导航卫星信号跟踪方法第二实施例的流程示意图；
图4为本发明导航卫星信号跟踪方法第三实施例的流程示意图；
图5为本发明导航卫星信号跟踪系统第一实施例的功能模块图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的导航卫星信号跟踪设备的结构示意图。
如图1所示，该导航卫星信号跟踪设备可以包括：处理器1001，例如CPU，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选的，用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatile memory)，例如闪存。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对导航卫星信号跟踪设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及导航卫星信号跟踪程序。
图1所示的导航卫星信号跟踪设备中，网络接口1004主要用于与外部网络进行数据通信；用户接口1003主要用于接收用户的输入指令；所述导航卫星信号跟踪设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的导航卫星信号跟踪程序，并执行以下操作：
根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角；
根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值；
读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围；
将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较；
根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的导航卫星信号跟踪程序，还执行以下操作：
实时获取所述待跟踪卫星的信号能量值，分别获得多个所述待跟踪卫星的卫星轨道周期内的信号能量最大值；
对所述多个卫星轨道周期内的信号能量最大值进行比较，将最大的信号能量最大值作为所述待跟踪卫星的目标信号能量最大值；
基于所述目标信号能量最大值确定所述待跟踪卫星的第一端点信号能量值和第二端点信号能量值；
根据所述第一端点信号能量值和第二端点信号能量值确定所述待跟踪卫星的预设信号能量范围。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的导航卫星信号跟踪程序，还执行以下操作：
基于所述第一端点信号能量值确定第一端点高度角，基于所述第二端点信号能量值确定第二端点高度角；
根据所述第一端点高度角和第二端点高度角确定所述待跟踪卫星的预设高度角范围。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的导航卫星信号跟踪程序，还执行以下操作：
设置所述第一端点信号能量值的第一波动范围及所述第二端点信号能量值的第二波动范围；
分别获取多个所述待跟踪卫星在所述第一波动范围内的信号能量值对应的第一高度角；
将多个所述第一高度角的平均值作为第一端点高度角；
分别获取多个所述待跟踪卫星在所述第二波动范围内的信号能量值对应的第二高度角；
将多个所述第二高度角的平均值作为第二端点高度角。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的导航卫星信号跟踪程序，还执行以下操作：
根据比较结果，根据预先设置的与所述比较结果对应的相干积分时间和跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的导航卫星信号跟踪程序，还执行以下操作：
根据比较结果，根据预先设置的与所述比较结果对应的相干积分时间、积分前的数据移位的位数、积分后的数据移位的位数及跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪。
进一步地，处理器1001可以调用存储器1005中存储的导航卫星信号跟踪程序，还执行以下操作：
实时监测所述待跟踪卫星的信号能量值和高度角，基于监测的数据更新所述接收机的非易失存储器中的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围。
本实施例通过上述方案，导航卫星信号跟踪设备根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角，根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值，读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围，将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较，根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略，根据待跟踪卫星的信号强弱，自适应地调整跟踪策略，能够有效解决低仰角弱信号环境跟踪不稳定和强信号环境信号溢出的问题，很好地应对各种不同信号强度的情况。
基于上述硬件结构，提出本发明导航卫星信号跟踪方法实施例。
参照图2，图2为本发明导航卫星信号跟踪方法第一实施例的流程示意图。
在第一实施例中，所述导航卫星信号跟踪方法包括以下步骤：
S10：根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角。
可以理解的是，卫星星历，又称为两行轨道数据(TLE，Two-Line OrbitalElement)，由美国celestrak发明创立，卫星、航天器或飞行体一旦进入太空，即被列入卫星星历编号目录，列入卫星星历编号目录的太空飞行体将被终生跟踪，卫星星历能精确计算、预测、描绘、跟踪卫星或飞行体的时间、位置、速度等运行状态。
因此，在接收机正常定位后，根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历提供的数据，就可以计算出所述待跟踪卫星的当前高度角，具体地，可以通过以下公式进行计算：
Figure BDA0001776935650000081
Figure BDA0001776935650000082
(ee，en，eu)T＝Erer s (3)
Figure BDA0001776935650000083
其中，
Figure BDA0001776935650000084
表示卫星的高度角，rs表示卫星位置，rr表示接收机位置，ts表示信号发射时间，tr表示信号接收时间，λr代表接收机位置经度，
Figure BDA0001776935650000086
代表接收机位置纬度。
本实施例中，通过式(1)和式(2)分别计算出er s和Er之后，通过式(3)得到由ee，en和eu组成的矩阵，利用该矩阵中的数据eu计算出
Figure BDA0001776935650000085
即卫星的高度角。
S20：根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值。
需要说明的是，根据I支路和Q支路的相干积分结果实时计算卫星信号能量值的方法如下：
Figure BDA0001776935650000091
Figure BDA0001776935650000092
其中，Ip表示I支路相干积分信号能量，Qp表示Q支路相干积分信号能量，ip和qp分别表示I支路和Q支路混频与复杂码相关之后的结果，Ncoh为相干积分时间内输入到I和Q支路上的积分器的相关结果个数。将Ip/Qp作为信号能量，可以理解的是，在计算卫星信号能量时也可以选择Ip或Qp作为信号能量，本实施例对此不加以限制。
S30：读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围。
可以理解的是，所述非易失性存储器是所有形式的固态存储器的一个一般术语，它不用定期地刷新存储器内容，可包括所有形式的只读存储器(ROM)，例如：可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除只读存储器(EEPROM)和闪存。
本实施例中，将预先设置好的信号能量范围和预设高度角范围存储至接收机的非易失性存储器中，可以理解的是，在具体的实现中，会实时监测卫星的信号能量值和高度角，基于监测的数据更新所述接收机的非易失存储器中的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围。
S40：将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较。
S50：根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略。
在本实施例中，导航卫星信号跟踪设备根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角，根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值，读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围，将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较，根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略，根据待跟踪卫星的信号强弱，自适应地调整跟踪策略，能够有效解决低仰角弱信号环境跟踪不稳定和强信号环境信号溢出的问题，很好地应对各种不同信号强度的情况。
进一步地，如图3所示，基于第一实施例提出本发明导航卫星信号跟踪方法第二实施例，在本实施例中，步骤S10之前，所述方法还包括：
S01：实时获取所述待跟踪卫星的信号能量值，分别获得多个所述待跟踪卫星的卫星轨道周期内的信号能量最大值。
以待跟踪卫星的卫星轨道周期为时间窗口，在每个时间窗口，根据该卫星信号I支路和Q支路相干积分结果计算信号能量值，并在该时间窗口找出信号能量最大值。
需要说明的是，在具体实现中，需要对所述待跟踪卫星进行长时间的监测，可以获得多个时间窗口内的能量最大值。当然具体的检测时间本实施例不加以限制，可以理解的是，较长的监测时间可以获取更加准确的监测结果。
S02：对所述多个卫星轨道周期内的信号能量最大值进行比较，将最大的信号能量最大值作为所述待跟踪卫星的目标信号能量最大值。
S03：基于所述目标信号能量最大值确定所述待跟踪卫星的第一端点信号能量值和第二端点信号能量值。
可以理解的是，根据长时间的监测，不仅可以获得待跟踪卫星的最大能量值，可以对待跟踪卫星在整个卫星周期内的能量分布有一定的了解，由此可以确定待跟踪卫星的第一端点信号能量值和第二端点信号能量值，这里的第一端点能量值和第二端点能量值只是为了对两个端点的能量值进行区分，具体地，第一端点能量值可能大于或者小于第二端点能量值，对此本实施例不加以限制。
在具体实现中，第一端点能量值和第二端点能量值是基于所述目标信号能量最大值确定，可以为所述目标信号能量最大值与某一个系数的乘积，该系数是对卫星进行了大量的监测之后确定的，是个经验值，本实施例对具体的数值不加以限制。
进一步地，可以基于所述第一端点信号能量值确定第一端点高度角，基于所述第二端点信号能量值确定第二端点高度角。
在具体实现中，设置所述第一端点信号能量值的第一波动范围及所述第二端点信号能量值的第二波动范围，分别获取多个所述待跟踪卫星在所述第一波动范围内的信号能量值对应的第一高度角，将多个所述第一高度角的平均值作为第一端点高度角。同样地，分别获取多个所述待跟踪卫星在所述第二波动范围内的信号能量值对应的第二高度角，将多个所述第二高度角的平均值作为第二端点高度角。
需要说明的是，由于卫星的高度角处于一直变化的状态，所以与待跟踪卫星在第一波动范围的信号能量值对应的第一高度角并不是一个值，而是一组高度角序列，这里的第一高度角可以认为是该序列的平均值。
可以理解的是，为了获取较准确的结果，可以对待跟踪卫星进行长时间的监测，每次信号能量在第一波动范围时，都可以得到一个序列平均值，将这些值进行平均计算就可以获得第一端点高度角，同理可以获得第二端点高度角。
获得了第一端点高度角和第二端点高度角之后，待跟踪卫星的高度角范围也就相应地确定了。
S04：根据所述第一端点信号能量值和第二端点信号能量值确定所述待跟踪卫星的预设信号能量范围。
本实施例中，经过对待跟踪卫星长时间的监测，在大量监测数据的基础上确定所述待跟踪卫星的信号能量范围和高度角范围，确定的信号能量范围和高度角范围具有很高的参考价值，保证了对待跟踪卫星信号强弱划分的准确性。
进一步地，如图4所示，基于第一实施例或第二实施例提出本发明导航卫星信号跟踪方法第三实施例，图4以基于图2所示的实施例为例。
在本实施例中，步骤S50具体包括：
S501：根据比较结果，根据预先设置的与所述比较结果对应的相干积分时间和跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪。
在具体实现中，将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较，根据比较结果，可以将卫星信号可以将当前的工作场景模式划分为弱信号模式、正常模式和强信号模式，具体可以按以下方法进行划分：在卫星信号能量值大于第二端点信号能量值，同时卫星高度角大于第二端点高度角时，则工作场景模式为强信号模式；在卫星信号能量值小于第一端点信号能量值，同时卫星高度角小于第二端点高度角时，则工作场景模式划分为弱信号模式，其它情况下，为正常模式，可以理解的是，此种划分方法中，第二端点信号能量值大于第一端点信号能量值，第二端点高度角大于第一端点高度角。
当然，根据实际情况，还可以有其他的划分标准，比如将设置第一端点信号能量值及第二端点信号能量值的波动范围，将待跟踪卫星的信号能量值与该波动范围进行比较，或者只是对待跟踪卫星的卫星信号能量值或高度角一项进行比较，在满足预设条件时，即认为处于与预设条件对应的工作场景模式，而不需要同时对卫星信号能量值和高度角进行比较，可以有多种比较方法，可以根据具体情况进行选择，本实施例对此不加以限制。
进一步地，根据比较结果，可以根据预先设置的与所述比较结果对应的相干积分时间、积分前的数据移位的位数、积分后的数据移位的位数及跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪。
为了便于理解，此处举例说明具体如何根据比较结果，通过对应的相应积分时间、积分前的数据移位的位数、积分后的数据移位的位数及跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪。在正常模式下，设置积分时间为T1，对应积分前的数据进行b1位的移位保护，对相干积分后的数据进行a1位的移位保护，鉴相器的带宽为B1，强信号模式下，积分时间减小到T2，对积分前的数据进行b2位的移位保护，对相干积分后的数据进行a2位的移位保护，增大鉴相器的带宽到B2，弱信号模式下，积分时间增加到T3，对积分前的数据进行b3位的移位保护，对相干积分后的数据进行a3位的移位保护，并根据相干积分时间，减小鉴相器的带宽到B3，其中b2>b1>b3，a2>a1>a3，T3>T1>T2，B2>B1>B3，即在卫星信号处于较强的状态下时，减少相干积分时间T，增大鉴相器的带宽B，增加相干积分前及积分后数据移位的位数b和a，从而解决卫星信号太弱，跟踪不稳定、灵敏度过低及信号太强，相干积分时数据溢出的问题。
本实施例中，根据待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围的比较结果，所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围的比较结果，基于预先设置的与所述比较结果对应的相干积分时间、积分前的数据移位的位数、积分后的数据移位的位数及跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪，从而克服了卫星信号太弱，跟踪不稳定、灵敏度过低及信号太强，相干积分时数据溢出的问题。
参照图5，图5为本发明导航卫星信号跟踪系统第一实施例的功能模块图，基于导航卫星信号跟踪方法，提出本发明导航卫星信号跟踪系统的第一实施例。
在本实施例中，所述导航卫星信号跟踪系统包括：高度角确定模块10、信号能量确定模块20、预设数据获取模块30、数据比较模块40及跟踪策略确定模块50；
高度角确定模块10，用于根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角。
可以理解的是，卫星星历，又称为两行轨道数据(TLE，Two-Line OrbitalElement)，由美国celestrak发明创立，卫星、航天器或飞行体一旦进入太空，即被列入卫星星历编号目录，列入卫星星历编号目标的太空飞行体将被终生跟踪，卫星星历能精确计算、预测、描绘、跟踪卫星或飞行体的时间、位置、速度等运行状态。
因此，在接收机正常定位后，根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历提供的数据，就可以计算出所述待跟踪卫星的当前高度角，具体地，可以通过以下公式进行计算：
Figure BDA0001776935650000131
Figure BDA0001776935650000132
(ee，en，eu)T＝Erer s (3)
Figure BDA0001776935650000141
其中，
Figure BDA0001776935650000142
表示卫星的高度角，rs表示卫星位置，rr表示接收机位置，ts表示信号发射时间，tr表示信号接收时间，λr代表接收机位置经度，
Figure BDA0001776935650000143
代表接收机位置纬度。
本实施例中，通过式(1)和式(2)分别计算出er s和Er之后，通过式(3)得到由ee，en和eu组成的矩阵，利用该矩阵中的数据eu出
Figure BDA0001776935650000144
即卫星的高度角。
信号能量确定模块20，用于根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值。
需要说明的是，根据I支路和Q支路的相干积分结果实时计算卫星信号能量值的方法如下：
Figure BDA0001776935650000145
Figure BDA0001776935650000146
其中，Ip表示I支路相干积分信号能量，Qp表示Q支路相干积分信号能量，ip和qp分别表示I支路和Q支路混频与复杂码相关之后的结果，Ncoh为相干积分时间内输入到I和Q支路上的积分器的相关结果个数。将Ip/Qp作为信号能量，可以理解的是，在计算卫星信号能量时也可以选择Ip或Qp作为信号能量，本实施例对此不加以限制。
预设数据获取模块30，用于读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围。
可以理解的是，所述非易失性存储器是所有形式的固态存储器的一个一般术语，它不用定期地刷新存储器内容，可包括所有形式的只读存储器(ROM)，例如：可编程只读存储器(PROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除只读存储器(EEPROM)和闪存。
本实施例中，将预先设置好的信号能量范围和预设高度角范围存储至接收机的非易失性存储器中，可以理解的是，在具体的实现中，会实时监测卫星的信号能量值和高度角，基于监测的数据更新所述接收机的非易失存储器中的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围。
数据比较模块40，用于将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较。
跟踪策略确定模块50，用于根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略。
在本实施例中，导航卫星信号跟踪设备根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角，根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值，读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围，将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较，根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略，根据待跟踪卫星的信号强弱，自适应地调整跟踪策略，能够有效解决低仰角弱信号环境跟踪不稳定和强信号环境信号溢出的问题，很好地应对各种不同信号强度的情况。
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有导航卫星信号跟踪程序，所述导航卫星信号跟踪程序被处理器执行时实现如下操作：
根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角；
根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值；
读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围；
将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较；
根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略。
进一步地，所述导航卫星信号跟踪程序被处理器执行时还实现如下操作：
实时获取所述待跟踪卫星的信号能量值，分别获得多个所述待跟踪卫星的卫星轨道周期内的信号能量最大值；
对所述多个卫星轨道周期内的信号能量最大值进行比较，将最大的信号能量最大值作为所述待跟踪卫星的目标信号能量最大值；
基于所述目标信号能量最大值确定所述待跟踪卫星的第一端点信号能量值和第二端点信号能量值；
根据所述第一端点信号能量值和第二端点信号能量值确定所述待跟踪卫星的预设信号能量范围。
进一步地，所述导航卫星信号跟踪程序被处理器执行时还实现如下操作：
基于所述第一端点信号能量值确定第一端点高度角，基于所述第二端点信号能量值确定第二端点高度角；
根据所述第一端点高度角和第二端点高度角确定所述待跟踪卫星的预设高度角范围。
进一步地，所述导航卫星信号跟踪程序被处理器执行时还实现如下操作：
设置所述第一端点信号能量值的第一波动范围及所述第二端点信号能量值的第二波动范围；
分别获取多个所述待跟踪卫星在所述第一波动范围内的信号能量值对应的第一高度角；
将多个所述第一高度角的平均值作为第一端点高度角；
分别获取多个所述待跟踪卫星在所述第二波动范围内的信号能量值对应的第二高度角；
将多个所述第二高度角的平均值作为第二端点高度角。
进一步地，所述导航卫星信号跟踪程序被处理器执行时还实现如下操作：
根据比较结果，根据预先设置的与所述比较结果对应的相干积分时间和跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪。
进一步地，所述导航卫星信号跟踪程序被处理器执行时还实现如下操作：
根据比较结果，根据预先设置的与所述比较结果对应的相干积分时间、积分前的数据移位的位数、积分后的数据移位的位数及跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪。
进一步地，所述导航卫星信号跟踪程序被处理器执行时还实现如下操作：
实时监测所述待跟踪卫星的信号能量值和高度角，基于监测的数据更新所述接收机的非易失存储器中的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围。
本实施例通过上述方案，导航卫星信号跟踪设备根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角，根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值，读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围，将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较，根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略，根据待跟踪卫星的信号强弱，自适应地调整跟踪策略，能够有效解决低仰角弱信号环境跟踪不稳定和强信号环境信号溢出的问题，很好地应对各种不同信号强度的情况。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，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如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，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 (8)

1.一种导航卫星信号跟踪方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
实时获取待跟踪卫星的信号能量值，分别获得多个所述待跟踪卫星的卫星轨道周期内的信号能量最大值；
对多个卫星轨道周期内的信号能量最大值进行比较，将最大的信号能量最大值作为所述待跟踪卫星的目标信号能量最大值；
基于所述目标信号能量最大值确定所述待跟踪卫星的第一端点信号能量值和第二端点信号能量值；
基于所述第一端点信号能量值确定第一端点高度角，基于所述第二端点信号能量值确定第二端点高度角；
根据所述第一端点高度角和第二端点高度角确定所述待跟踪卫星的预设高度角范围；
根据所述第一端点信号能量值和第二端点信号能量值确定所述待跟踪卫星的预设信号能量范围；
根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角；
根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值；
读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围；
将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较；
根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一端点信号能量值确定第一端点高度角，基于所述第二端点信号能量值确定第二端点高度角，具体包括：
设置所述第一端点信号能量值的第一波动范围及所述第二端点信号能量值的第二波动范围；
分别获取多个所述待跟踪卫星在所述第一波动范围内的信号能量值对应的第一高度角；
将多个所述第一高度角的平均值作为第一端点高度角；
分别获取多个所述待跟踪卫星在所述第二波动范围内的信号能量值对应的第二高度角；
将多个所述第二高度角的平均值作为第二端点高度角。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略，具体包括：
根据比较结果，根据预先设置的与所述比较结果对应的相干积分时间和跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略，具体包括：
根据比较结果，根据预先设置的与所述比较结果对应的相干积分时间、积分前的数据移位的位数、积分后的数据移位的位数及跟踪环路参数对所述待跟踪卫星的信号进行跟踪。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述待跟踪卫星的预设高度角范围存储至所述接收机的非易失性存储器中之后，所述方法还包括：
实时监测所述待跟踪卫星的信号能量值和高度角，基于监测的数据更新所述接收机的非易失存储器中的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围。
6.一种导航卫星信号跟踪设备，其特征在于，所述导航卫星信号跟踪设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的导航卫星信号跟踪程序，所述导航卫星信号跟踪程序配置为实现如权利要求1至5中任一项所述的导航卫星信号跟踪方法的步骤。
7.一种采用如权利要求1～5中任一项所述的导航卫星信号跟踪方法的导航卫星信号跟踪系统，其特征在于，所述导航卫星信号跟踪系统包括：高度角确定模块、信号能量确定模块、预设数据获取模块、数据比较模块及跟踪策略确定模块；
高度角确定模块，用于根据接收机的当前位置和待跟踪卫星的卫星星历，确定所述待跟踪卫星的当前高度角；
信号能量确定模块，用于根据接收到的所述待跟踪卫星的信号，获得I支路和Q支路的相干积分结果，根据I支路和Q支路的相干积分结果确定所述待跟踪卫星的当前信号能量值；
预设数据获取模块，用于读取在所述接收机的非易失性存储器中存储的所述待跟踪卫星的预设信号能量范围和预设高度角范围；
数据比较模块，用于将所述待跟踪卫星的当前高度角与所述预设高度角范围进行比较，将所述待跟踪卫星的当前信号能量值与所述预设信号能量范围进行比较；
跟踪策略确定模块，用于根据比较结果，确定对所述待跟踪卫星的信号跟踪策略。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有导航卫星信号跟踪程序，所述导航卫星信号跟踪程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的导航卫星信号跟踪方法的步骤。
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