CN109991631A - 卫星定位方法及装置、计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
一种卫星定位方法及装置、计算机可读存储介质,所述卫星定位方法包括:根据预先存储的历史广播星历以及先验可视卫星表,获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道;根据所述当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道,进行定位操作。上述方案可以在不增加GNSS接收机成本的基础上,降低GNNS接收机的冷启动时间。
Description
技术领域
本发明实施例涉及卫星定位领域,尤其涉及一种卫星定位方法及装置、计算机可读存储介质。
背景技术
随着全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)技术的发展和广泛的应用,对GNSS接收机的精度、灵敏度以及响应速度的要求越来越高。首次定位时间(Time To First Fix,TTFF)是衡量GNSS接收机性能的一个重要指标,是指接收机在开机后跟踪捕获到GNSS卫星并实现导航定位的时间。首次定位时间的长短直接影响到用户体验。
针对不同的应用场景,首次定位时间包括热启动时间、暖启动时间以及冷启动时间。通常情况下而言,热启动时间最短,暖启动时间次之,冷启动时间最长。
在现有技术中,为降低GNSS接收机的冷启动时间,提出了辅助全球定位系统(Assisted Global Positioning System,A-GPS)技术,通过无线通信技术,例如全球移动通信系统(Global System for Mobile communication,GSM)、通用无线分组服务(GeneralPacket Radio Service,GPRS)、3G网络、4G网络等,获取服务器提供的辅助定位数据,从而降低冷启动时间。
然而,在一些偏远地区,例如海上或山区,GNSS接收机无法连接到移动网络,从而无法获取服务器提供的辅助定位数据,因此无法降低冷启动时间。此外,为支持无线通信技术,GNSS接收机还安装有对应的硬件设备,导致GNSS接收机成本较高。
发明内容
本发明实施例解决的技术问题是在不增加GNSS接收机成本的基础上,仍能够降低GNNS接收机的冷启动时间。
为解决上述技术问题,本发明实施例提供一种卫星定位方法,包括:根据预先存储的历史广播星历以及先验可视卫星表,获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道;根据所述当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道,进行定位操作。
可选的,所述根据预先存储的历史广播星历,获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道,包括:根据所述历史广播星历,计算对应时间的所有卫星的位置序列,并将所述所有卫星的位置序列从地心地固系转换为地心惯性系;初始化所述先验可视卫星表中所有卫星对应的状态向量,建立对应的摄动力模型;根据所述摄动力模型以及所述先验可视卫星表中所有卫星的位置序列,拟合所述先验可视卫星表中所有卫星的初始轨道;根据所述当前时刻以及所述先验可视卫星表中所有卫星的初始轨道进行动力学预报,获取所述当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道。
可选的,采用如下方式确定所述先验可视卫星表:根据所述当前时刻以及上一次定位所处地理位置,确定所述先验可视卫星表。
可选的,在获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道之前,还包括:确定存储的最新星历无效且存储的历书无效。
可选的,所述卫星定位方法还包括:当所述存储的最新星历有效时,执行热启动操作,根据已解析的星历参数计算卫星位置并进行定位操作。
可选的,所述卫星定位方法还包括:当存储的最新星历无效且存储的历书有效时,执行暖启动操作,包括:计算卫星概略位置并进行辅助捕获跟踪;根据所述卫星概略位置以及当前所处的概略位置,对所述当前所处的概略位置对应的可视卫星进行轨道预报。
本发明实施例还提供了一种卫星定位装置,包括:获取单元,用于根据预先存储的历史广播星历以及先验可视卫星表,获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道;获取单元,用于根据预先存储的历史广播星历以及先验可视卫星表,获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道;
可选的,所述获取单元,用于根据所述历史广播星历,计算对应时间的所有卫星的位置序列,并将所述所有卫星的位置序列从地心地固系转换为地心惯性系;初始化所述先验可视卫星表中所有卫星对应的状态向量,建立对应的摄动力模型;根据所述摄动力模型以及所述所有卫星的位置序列,拟合初始轨道;根据所述当前时刻以及所述初始轨道进行动力学预报,获取所述当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道。
可选的,采用如下方式确定所述先验可视卫星表:根据所述当前时刻以及上一次定位所处地理位置,确定所述先验可视卫星表。
可选的,所述卫星定位装置还包括:确定单元,用于在所述获取单元获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道之前,确定存储的最新星历无效且存储的历书无效。
可选的,所述卫星定位装置还包括:热启动单元,用于当所述存储的最新星历有效时,执行热启动操作;所述定位单元,还用于根据已解析的星历参数计算卫星位置并进行定位操作。
可选的,所述卫星定位装置还包括:暖启动单元,用于当存储的最新星历无效且存储的历书有效时,执行暖启动操作,所述暖启动操作包括:计算卫星概略位置并进行辅助捕获跟踪;根据所述卫星概略位置以及当前所处的概略位置,对所述当前所处的概略位置对应的可视卫星进行轨道预报。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行上述任一种所述的卫星定位方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种卫星定位装置,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行上述任一种所述的卫星定位方法的步骤。
与现有技术相比,本发明实施例的技术方案具有以下有益效果:
根据预先存储的历史广播星历以及先验可视卫星表,确定当前时刻先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道,并进行相应的定位操作。在获取卫星的预报轨道时,是根据当前时刻、存储的历史广播星历以及先验可视卫星表所确定的,因此无需获取服务器提供的辅助定位数据,因此无需增加GNSS接收机的成本。由于获取了卫星的预报轨道,因此可以降低GNSS接收机的冷启动时间。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种卫星定位方法的流程图;
图2是本发明实施例中的另一种卫星定位方法的流程图;
图3是本发明实施例中的一种卫星定位装置的结构示意图。
具体实施方式
在实际应用中可知,针对不同的应用场景,首次定位时间可以包括热启动时间、暖启动时间以及冷启动时间。
针对热启动,即GNSS接收机在短时间内重启的情况下,GNSS接收机接收解析得到的星历、历书以及精确时间、接收机位置均有效,从而可以计算出载波多普勒频移及PN码码相位,实现卫星的快速重捕及跟踪。同时,依据已解析的星历参数计算卫星位置,即可实现快速定位。通常情况下,GNSS接收机的热启动时间为几秒。
针对暖启动,GNSS接收机接收到的星历参数已经失效,但是历书、接收机概略位置等参数仍然有效。此时,通过历书计算得到卫星概略位置和接收机概略位置,可以有效缩小PN码码相位以及载波多普勒频移搜索范围,实现快速捕获跟踪卫星。由于需要重新解析导航电文,GNSS接收机的暖启动时间需要几十秒。
针对冷启动,冷启动时间是指接收机长时间没有开机,且没有任何有效参数可用时的首次定位时间。由于需要全天向搜星,以实现卫星的跟踪捕获,通常需要数分钟才能实现定位功能,所需时间较长。
为降低GNSS接收机的冷启动时间,现有的A-GPS技术通过结合无线通信技术的方法,获取服务器提供的辅助定位数据,以降低冷启动时间。然而,在一些偏远地区,例如海上或山区,GNSS接收机无法连接到移动网络,从而无法获取服务器提供的辅助定位数据,因此无法降低冷启动时间。此外,为支持无线通信技术,GNSS接收机还安装有对应的硬件设备,导致GNSS接收机成本较高。
在本发明实施例中,在获取卫星的预报轨道时,是根据当前时刻、存储的历史广播星历以及先验可视卫星表所确定的,因此无需获取服务器提供的辅助定位数据,因此无需增加GNSS接收机的成本。由于获取了卫星的预报轨道,因此可以降低GNSS接收机的冷启动时间。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本发明实施例提供了一种卫星定位方法,参照图1,以下通过具体步骤进行详细说明。
步骤S101,根据预先存储的历史广播星历以及先验可视卫星表,获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道。
在具体实施中,可以先采用存储的历史广播星历,计算历史广播星历对应的所有卫星位置序列,并将所有卫星位置序列从地心地固系转换成地心惯性系。
在本发明实施例中,历史广播星历可以是最近一次所存储的广播星历,也即最新存储的广播星历。历史广播星历还可以是其他之前所存储的广播星历,可以根据实际需求进行选取。
在具体实施中,在将所有卫星位置序列从地心地固系转换成地心惯性系之后,可以先初始化先验可视卫星表中所有卫星对应的状态向量。卫星对应的状态向量可以包括卫星位置、卫星速度以及摄动力模型参数等。
在建立摄动力模型之后,可以计算先验可视卫星表中的每一颗卫星对应的密切轨道及其各动力学参数的偏导数,并建立运动方程和变分方程。根据摄动力模型以及先验可视卫星表中所有卫星的位置序列,拟合先验可视卫星表中所有卫星各自对应的初始轨道。根据当前时刻以及先验可视卫星表中所有卫星各自对应的初始轨道进行动力学预报,以获取当前时刻先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道。
也就是说,在本发明实施例中,所得到的轨道预报,是针对先验可视卫星表中所有卫星的轨道预报。针对非先验可视卫星表中的卫星,则无需进行轨道预报,从而可以降低轨道预报的计算量。
通常情况下而言,在一段时间之内,GNSS接收机的移动距离不会太远,因此,GNSS接收机对应的先验可视卫星的变化情况较小。故,在具体实施中,可以根据当前时刻以及GNSS接收机上一次定位所处地理位置,来确定先验可视卫星表。
例如,GNSS接收机当前所处的地理位置为A点,当前时刻与上一次定位时刻相差2个小时,则可以设定当前时刻GNSS接收机对应的先验可视卫星表与上一次定位时的先验可视卫星表相同。
在具体实施中,GNSS接收机可以先获取内置的实时时钟(Real Time Clock,RTC)模块提供的本地时钟,根据本地时钟结合预报钟差,得到当前时刻。
步骤S102,根据所述当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道,进行定位操作。
在具体实施中,在得到当前时刻对应的先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道之后,GNSS接收机即可进行定位操作。
由此可见,在本发明实施例中,在获取卫星的预报轨道时,是根据当前时刻、存储的历史广播星历以及先验可视卫星表所确定的,因此无需获取服务器提供的辅助定位数据,因此无需增加GNSS接收机的成本。由于获取了卫星的预报轨道,因此可以降低GNSS接收机的冷启动时间。
本发明上述实施例中所提供的卫星定位方法,主要针对的应用场景为GNSS冷启动的场景。在实际应用中,GNSS接收机在执行冷启动之前,需要先确定存储的最新星历以及存储的历书均无效。换而言之,当检测到存储的最新星历和历书均无效时,才执行本发明上述实施例中提供的步骤S101~S102。
在具体实施中,GNSS接收机在开机时,可以先判断存储的最新星历是否有效。若判定存储的最新星历有效,则GNSS接收机可以执行热启动操作,根据已解析的星历参数计算卫星位置并进行定位操作;若判定存储的最新星历无效,则GNSS接收机可以判断存储的历书是否有效。若判定存储的星历有效,则GNSS接收机可以执行暖启动操作。
GNSS接收机在执行暖启动操作时,可以先计算卫星概略位置并进行辅助捕获跟踪。之后,根据卫星概略位置以及GNSS接收机当前所处的概略位置,对当前所处的概略位置对应的可视卫星进行轨道预报,从而实现定位功能。
下面对GNSS接收机开机之后的具体工作流程进行说明。
参照图2,给出了本发明实施例中的另一种卫星定位方法,以下通过具体步骤进行详细说明。
步骤S201,获取概略本地时间。
在具体实施中,GNSS接收机可以通过读取内置的实时时钟单元,来获取概略本地时间。
步骤S202,对概略本地时间进行修正。
在具体实施中,可以通过二次多项式拟合并结合灰色模型方法进行钟差预报,来对概略本地时间进行修正,得到修正后的本地时间,作为当前时刻。
步骤S203,判断存储的最新星历是否有效。
在本发明实施例中,当存储的最新星历有效时,执行步骤S204;当存储的最新星历无效时,执行步骤S205。
步骤S204,执行热启动操作。
在具体实施中,对于热启动操作,无需进行星历解析,根据已解析的星历参数计算卫星位置并进行定位操作。在后续的导航定位过程中,仅进行卫星钟差存储库的更新以及卫星星历存储库的更新即可。
步骤S205,判断存储的历书是否有效。
在具体实施中,当判定存储的最新星历无效时,则GNSS接收机无法进行热启动。此时,可以判断存储的历书是否有效。当存储的历书有效时,则可以执行步骤S206;当存储的星历无效时,执行步骤S207。
步骤S206,执行暖启动操作。
在具体实施中,当存储的最新星历无效,且存储的历书有效时,可以执行暖启动操作。在执行暖启动操作时,可以先计算卫星概略位置,进行辅助捕获跟踪。同时,对GNSS接收机概略位置和卫星概略位置,判断得出当前GNSS接收机概略位置对应的可视卫星,并对判断得到的可视卫星进行轨道预报。
步骤S207,执行冷启动操作。
在具体实施中,当存储的最新星历无效,且存储的历书也无效时,即可判定GNSS接收机当前执行冷启动操作。GNSS接收机执行冷启动操作的具体流程可以参照本发明上述实施例中提供的步骤S101~步骤S102,此处不做赘述。
在具体实施中,可以通过GNSS接收机中的轨道预报模块来执行本发明上述实施例中提供的卫星定位方法。轨道预报模块可以通过硬件方式来实现,也可以通过软件方式来实现。
当轨道预报模块通过硬件方式来实现时,在GNSS接收机完成导航卫星的星历参数解调之后,即可控制轨道预报模块关闭,以降低GNSS接收机的功耗。当轨道预报模块通过软件方式来实现时,在GNSS接收机完成导航卫星的星历参数解调之后,即可关闭轨道预报功能,以降低GNSS接收机的功耗。
在实际应用中可知,使用4颗导航卫星即可实现GNSS接收机的定位。因此,在完成4颗导航卫星的星历参数解调之后,即可控制轨道预报模块关闭。
参照图3,给出了本发明实施例中的一种卫星定位装置30,包括:获取单元301以及定位单元302,其中:
获取单元301,用于根据预先存储的历史广播星历以及先验可视卫星表,获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道;
定位单元302,用于根据所述当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道,进行定位操作。
在具体实施中,所述获取单元301,可以用于根据所述历史广播星历,计算对应时间的所有卫星的位置序列,并将所述所有卫星的位置序列从地心地固系转换为地心惯性系;初始化所述先验可视卫星表中所有卫星对应的状态向量,建立对应的摄动力模型;根据所述摄动力模型以及所述所有卫星的位置序列,拟合初始轨道;根据所述当前时刻以及所述初始轨道进行动力学预报,获取所述当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道。
在具体实施中,可以采用如下方式确定所述先验可视卫星表:根据所述当前时刻以及上一次定位所处地理位置,确定所述先验可视卫星表。
在具体实施中,所述卫星定位装置30还可以包括:确定单元303,用于在所述获取单元301获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道之前,确定存储的最新星历无效且存储的历书无效。
在具体实施中,所述卫星定位装置30还可以包括:热启动单元304,用于当所述存储的最新星历有效时,执行热启动操作;所述定位单元,还用于根据已解析的星历参数计算卫星位置并进行定位操作。
在具体实施中,所述卫星定位装置30还可以包括:暖启动单元305,用于当存储的最新星历无效且存储的历书有效时,执行暖启动操作,所述暖启动操作包括:计算卫星概略位置并进行辅助捕获跟踪;根据所述卫星概略位置以及当前所处的概略位置,对所述当前所处的概略位置对应的可视卫星进行轨道预报。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行本发明上述任一实施例中提供的卫星定位方法的步骤,此处不做赘述。
本发明实施例还提供了另一种卫星定位装置,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行本发明上述任一实施例中提供的卫星定位方法的步骤,此处不做赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指示相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,存储介质可以包括:ROM、RAM、磁盘或光盘等。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (14)
1.一种卫星定位方法,其特征在于,包括:
根据预先存储的历史广播星历以及先验可视卫星表,获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道;
根据所述当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道,进行定位操作。
2.如权利要求1所述的卫星定位方法,其特征在于,所述根据预先存储的历史广播星历,获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道,包括:
根据所述历史广播星历,计算对应时间的所有卫星的位置序列,并将所述所有卫星的位置序列从地心地固系转换为地心惯性系;
初始化所述先验可视卫星表中所有卫星对应的状态向量,建立对应的摄动力模型;
根据所述摄动力模型以及所述先验可视卫星表中所有卫星的位置序列,拟合所述先验可视卫星表中所有卫星的初始轨道;
根据所述当前时刻以及所述先验可视卫星表中所有卫星的初始轨道进行动力学预报,获取所述当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道。
3.如权利要求1所述的卫星定位方法,其特征在于,采用如下方式确定所述先验可视卫星表:
根据所述当前时刻以及上一次定位所处地理位置,确定所述先验可视卫星表。
4.如权利要求1所述的卫星定位方法,其特征在于,在获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道之前,还包括:
确定存储的最新星历无效且存储的历书无效。
5.如权利要求4所述的卫星定位方法,其特征在于,还包括:当所述存储的最新星历有效时,执行热启动操作,根据已解析的星历参数计算卫星位置并进行定位操作。
6.如权利要求4所述的卫星定位方法,其特征在于,还包括:当存储的最新星历无效且存储的历书有效时,执行暖启动操作,包括:计算卫星概略位置并进行辅助捕获跟踪;根据所述卫星概略位置以及当前所处的概略位置,对所述当前所处的概略位置对应的可视卫星进行轨道预报。
7.一种卫星定位装置,其特征在于,包括:
获取单元,用于根据预先存储的历史广播星历以及先验可视卫星表,获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道;
定位单元,用于根据所述当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道,进行定位操作。
8.如权利要求7所述的卫星定位装置,其特征在于,所述获取单元,用于根据所述历史广播星历,计算对应时间的所有卫星的位置序列,并将所述所有卫星的位置序列从地心地固系转换为地心惯性系;初始化所述先验可视卫星表中所有卫星对应的状态向量,建立对应的摄动力模型;根据所述摄动力模型以及所述先验可视卫星表中所有卫星的位置序列,拟合所述先验可视卫星表中所有卫星的初始轨道;根据所述当前时刻以及所述先验可视卫星表中所有卫星的初始轨道进行动力学预报,获取所述当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道。
9.如权利要求7所述的卫星定位装置,其特征在于,采用如下方式确定所述先验可视卫星表:根据所述当前时刻以及上一次定位所处地理位置,确定所述先验可视卫星表。
10.如权利要求7所述的卫星定位装置,其特征在于,还包括:确定单元,用于在所述获取单元获取当前时刻所述先验可视卫星表中所有卫星的预报轨道之前,确定存储的最新星历无效且存储的历书无效。
11.如权利要求10所述的卫星定位装置,其特征在于,还包括:热启动单元,用于当所述存储的最新星历有效时,执行热启动操作;所述定位单元,还用于根据已解析的星历参数计算卫星位置并进行定位操作。
12.如权利要求10所述的卫星定位装置,其特征在于,还包括:暖启动单元,用于当存储的最新星历无效且存储的历书有效时,执行暖启动操作,所述暖启动操作包括:计算卫星概略位置并进行辅助捕获跟踪;根据所述卫星概略位置以及当前所处的概略位置,对所述当前所处的概略位置对应的可视卫星进行轨道预报。
13.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,其特征在于,所述计算机指令运行时执行权利要求1~6任一项所述的卫星定位方法的步骤。
14.一种卫星定位装置,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有计算机指令,其特征在于,所述计算机指令运行时执行权利要求1~6任一项所述的卫星定位方法的步骤。
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