CN111103609A - 一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统，包括：信号采集子系统，分布式安装于多个导航信号监测站点，用于对多个导航信号监测站点的导航信号进行采集与传输预处理；网络传输子系统，用于完成信号采集子系统与中心处理子系统的信息交互；中心处理子系统，用于对网络传输子系统传输的导航基带数字信号的接收处理，完成导航信号监测，并可向信号采集子系统发送控制指令和配置参数，完成对信号采集子系统的控制。通过将信号采集功能与信号处理功能分离实现，避免在信号监测站安装高性能监测接收机设备，降低了成本。

Description

一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统

技术领域

本发明涉及卫星导航系统信号质量监测领域，具体是一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统。

背景技术

在卫星导航系统中，下行导航信号完好性面临卫星系统故障、地面运控系统故障、空间复杂电磁环境等威胁。因此实时有效的导航信号监测是确保卫星导航系统完好性和系统服务质量的重要保障。增加导航信号监测站点的数量是提高导航信号监测质量的重要途径。但传统的信号监测站均需要安装高性能监测接收机设备，其造价高昂且安全性要求高，不适合大规模的布设。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统，可通过将信号采集功能与信号处理功能分离实现，避免在信号监测站安装高性能监测接收机设备，降低了成本。

为实现上述目的，本发明提供一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统，包括信号采集子系统、网络传输子系统与中心处理子系统；

信号采集子系统，分布式安装于多个导航信号监测站点，用于对多个导航信号监测站点的导航信号进行采集与传输预处理；

网络传输子系统，用于完成信号采集子系统与中心处理子系统的信息交互；

中心处理子系统，用于对网络传输子系统传输的导航基带数字信号的接收处理，完成导航信号监测，并可向信号采集子系统发送控制指令和配置参数，完成对信号采集子系统的控制。

进一步优选的，所述信号采集子系统包括导航天线、信号采集接收机与数据预处理模块；

导航天线，用于接收卫星导航系统的下行导航信号，对其进行前置滤波和低噪声放大处理后输出；

信号采集接收机，用于接收导航天线输出的导航信号，对其进行模拟下变频、AD采样及数字下变频后得到导航基带数字信号后输出；

数据预处理模块，用于接收信号采集接收机输出的导航基带数字信号并存储，以及对导航基带数字信号进行传输预处理后发送至网络传输子系统。

进一步优选的，所述中心处理子系统包括信号接收处理模块、信号质量评估模块以及采集控制模块；

信号接收处理模块，接收网络传输子系统输出的导航基带数字信号，用于计算导航基带数字信号得到导航信号的观测量；

信号质量评估模块，用于接收信号接收处理模块计算得到的导航信号的观测量，并利用导航信号的观测量评估导航信号质量；

采集控制模块，通过生成控制指令和配置参数，用于控制信号采集子系统的采样率、量化位数、信号抽取占空比。

进一步优选的，所述信号接收处理模块包括任务调度子模块、信号相关累加子模块、信号跟踪子模块、相关峰监测子模块、导航电文解算子模块、观测量计算子模块、数据存储回放模块；

任务调度子模块，用于调度信号接收处理模块中不同模块；

信号相关累加子模块，将从网络传输子系统获取的导航基带数字信号与本地生成的伪码信号进行相关运算得到相关值，并将相关值输出给信号跟踪子模块、相关峰监测子模块和导航电文解算子模块；

信号跟踪子模块，用于实现对从网络传输子系统接收的导航基带数字信号的稳定跟踪，并输出跟踪结果；

相关峰监测子模块，利用具有不同伪码相位的本地伪码信号与导航基带数字信号进行相关运算得到的相关值来评估信号相关峰的异常监测；

导航电文解算子模块，利用相关值的符号恢复出原始导航电文；

观测量计算子模块，利用信号跟踪子模块输出的跟踪结果计算估计得到导航信号的观测量，所述观测量包括伪码相位观测量、载波相位观测量、多普勒观测量；

数据存储回放模块，用于存储、回放和管理导航数字基带信号。

进一步优选的，所述分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统具有连续数据监测模式、非连续数据监测模式、离线数据回放分析模式三种工作模式；

所述连续数据监测模式通过将信号采集子系统预处理后的数据连续发送至中心处理子系统，实现对信号质量监测；

所述的非连续数据监测模式是在网络传输带宽受限条件下，通过降低数据采样率、降低量化位数和数据抽取进而压缩数据带宽，中心处理子系统可实现对非连续的导航信号进行质量监测；

所述的离线数据回放分析模式通过离线回放中心处理子系统存储的导航基带数字信号，可实现对特定时刻的导航信号的信号质量监测。

为实现上述目的，本发明还提供一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测方法，包括如下步骤：

分布式采集多个导航信号监测站点的导航信号；

将多个导航信号监测站点的导航信号进行转成导航基带数字信号后通过网络传输子系统传送至中心处理子系统；

对多个导航信号监测站点的导航信号进行分析，实现对导航信号的质量监测。

进一步优选的，将多个导航信号监测站点的导航信号转成导航基带数字信号后上传至中心处理子系统，具体为：

先将多个导航信号监测站点的导航信号进行前置滤波和低噪声放大处理；

随后将多个导航信号监测站点的导航信号进行模拟下变频、AD采样及数字下变频，得到多个导航信号监测站点的导航基带数字信号；

将多个导航信号监测站点的导航基带数字信号进行传输预处理后上传至中心处理子系统。

进一步优选的，所述对多个导航信号监测站点的导航信号进行分析，实现对导航信号的质量监测，具体为：

对于任一导航信号监测站点上传的导航基带数字信号，处理过程为：

将导航基带数字信号与本地生成的伪码信号进行相关运算，得到该导航基带数字信号的相关值；

基于相关值实现对该导航基带数字信号的伪码相位、载波相位、多普勒的估计；

基于相关值恢复出原始导航电文；

输出该导航基带数字信号的导航信号质量监测结果。

本发明提供的一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统，通过将信号采集功能与信号处理功能分离实现，导航信号监测站点上的信号采集子系统只需要完成导航信号的采集与打包发送，而信号处理功能则可以在中心处理子系统进行实时分析处理，信号采集子系统与中心处理子系统通过网络方式实现数据交换，信号采集子系统可通过网络将采集的原始数据发送到中心处理子系统，而中心处理子系统也可以将控制信号以及配置参数通过网络发送到信号采集子系统，可以实现对导航信号监测站点的远程操控功能，避免在信号监测站安装高性能监测接收机设备，降低了成本；同时通过将信号采集与信号处理分离实现，中心处理子系统可以采用更加灵活的信号处理方法，并可以实现更加便捷的软件升级功能；而且通过分布式的信号采集与集中式的信号处理，可以实现监测站点的灵活配置，可扩展性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统的模块图；

图2为本发明实施例中网络传输子系统的模块图；

图3为本发明实施例中信号接收处理模块的模块图；

图4为本发明实施例中连续数据监测模式原理图

图5为本发明实施例中非连续数据监测模式原理图。

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

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的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1所示，本实施例公开的一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统，包括N个信号采集子系统、一个网络传输子系统与一个中心处理子系统。

信号采集子系统分布式安装于多个导航信号监测站点，用于对多个导航信号监测站点的导航信号进行采集与传输预处理，信号采集子系统包括导航天线、信号采集接收机与数据预处理模块。导航天线用于接收卫星导航系统的下行导航信号，对其进行前置滤波和低噪声放大处理后输出；信号采集接收机用于接收导航天线输出的导航信号，对其进行模拟下变频、AD采样及数字下变频后得到导航基带数字信号后输出；数据预处理模块用于接收信号采集接收机输出的导航基带数字信号并存储，对导航基带数字信号进行进行传输预处理后发送至网络传输子系统。

网络传输子系统用于完成信号采集子系统与中心处理子系统的信息交互，实现信号采集子系统向中心处理子系统传输导航基带导航数字信号，同时完成中心处理子系统向信号采集子系统传输控制指令和配置参数的功能，为两者的数据传输提供稳定、安全的数据传输网络。

网络传输子系统构建了信号采集子系统与中心处理子系统之间的网络通信链路，整个网络传输子系统由信号采集子系统端的网络收发模块、中心处理子系统端的网络收发模块及传输网络构成，各个组成部分间的连接关系如图2所示，其中，网络收发模块可以实现网络数据的发送与接收，该技术为现有技术中常规手段，因此其实现过程本实施例不再作出展开说明。网络传输子系统用于传输数据的网络可以是互联网、区域网、局域网，实现方式可以是有线或无线。

中心处理子系统用于接收经过预处理后的导航信号，并对预处理后的导航信号进行分析处理，完成导航信号监测。同时，中心处理子系统可以生成信号采集控制指令和配置参数，用于控制信号采集子系统的数据采集。

中心处理子系统包括信号接收处理模块、信号质量评估模块以及采集控制模块；其中，信号接收处理模块，用于接收网络传输子系统输出的导航基带数字信号，进而实现对导航基带数字信号的稳定跟踪并计算得到导航信号的观测量；信号质量评估模块，用于接收信号接收处理模块计算得到的导航信号的观测量，并利用这些观测量评估信号质量；采集控制模块，用于控制前端信号采集设备的采样率、量化位数、信号抽取占空比等参数。

参考图3，信号接收处理模块包括任务调度子模块、信号相关累加子模块、信号跟踪子模块、相关峰监测子模块、导航电文解算子模块、观测量计算子模块、数据存储回放子模块；

任务调度子模块，用于调度信号接收处理模块中不同子模块；

信号相关累加子模块，将从网络传输子系统获取的导航基带数字信号与本地生成的伪码信号进行相关运算得到相关值，并将相关值输出给信号跟踪子模块、相关峰监测子模块和导航电文解算子模块；

信号跟踪子模块，用于实现对从网络传输子系统接收的导航基带数字信号的稳定跟踪，并输出跟踪结果；

相关峰监测子模块，利用具有不同伪码相位的本地伪码信号与导航基带数字信号进行相关运算得到的相关值来评估信号相关峰的异常监测；

导航电文解算子模块，利用相关值的符号恢复出原始导航电文；

观测量计算子模块，利用信号跟踪子模块输出的跟踪结果计算估计伪码相位观测量、载波相位观测量、多普勒观测量；

数据存储回放子模块，用于存储、回放和管理导航数字基带信号。

本实施例中，分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统具有连续数据监测模式、非连续数据监测模式、离线数据回放分析模式三种工作模式；采用采集数据传输可配置的方法，对上述各种工作模式下的数据传输策略进行统一的参数化可配置，系统可对各类传输参数进行配置，进而实现工作模式的灵活切换。

所述连续数据监测模式通过将信号采集子系统预处理后的数据连续发送至中心处理子系统，实现对信号质量监测；

所述的非连续数据监测模式是在网络传输带宽受限条件下，通过降低数据采样率、降低量化位数和数据抽取等方式压缩数据带宽，中心处理子系统可实现对非连续的导航信号进行质量监测；

所述的离线数据回放分析模式通过离线回放中心处理子系统存储的导航基带数字信号，可实现对特定时刻的导航信号的信号质量监测。

本实施例还公开了一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测方法，包括如下步骤：

分布式采集多个导航信号监测站点的导航信号；

将多个导航信号监测站点的导航信号进行转成导航基带数字信号后上传至中心处理子系统；

对多个导航信号监测站点的导航信号进行分析，得到相应的导航信号质量监测结果。

其中，将多个导航信号监测站点的导航信号转成导航基带数字信号后上传至中心处理子系统，具体为：

先将多个导航信号监测站点的导航信号进行前置滤波和低噪声放大处理；

随后将多个导航信号监测站点的导航信号进行模拟下变频、AD采样及数字下变频，得到多个导航信号监测站点的导航基带数字信号；

将多个导航信号监测站点的导航基带数字信号进行传输预处理后上传至中心处理子系统。

对多个导航信号监测站点的导航信号进行分析，得到相应的导航信号质量监测结果，具体为：

对于任一导航信号监测站点上传的导航基带数字信号，处理过程为：

将导航基带数字信号与本地生成的伪码信号进行相关运算，得到该导航基带数字信号的相关值；

基于相关值实现对该导航基带数字信号的伪码相位、载波相位、多普勒的估计；

基于相关值恢复出原始导航电文；

输出该导航基带数字信号的导航信号质量监测结果。

以上所述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，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统，其特征在于，包括信号采集子系统、网络传输子系统与中心处理子系统；

信号采集子系统，分布式安装于多个导航信号监测站点，用于对多个导航信号监测站点的导航信号进行采集与传输预处理；

网络传输子系统，用于完成信号采集子系统与中心处理子系统的信息交互；

中心处理子系统，用于对网络传输子系统传输的导航基带数字信号的接收处理，完成导航信号监测，并可向信号采集子系统发送控制指令和配置参数，完成对信号采集子系统的控制。

2.根据权利要求1所述分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统，其特征在于，所述信号采集子系统包括导航天线、信号采集接收机与数据预处理模块；

导航天线，用于接收卫星导航系统的下行导航信号，对其进行前置滤波和低噪声放大处理后输出；

信号采集接收机，用于接收导航天线输出的导航信号，对其进行模拟下变频、AD采样及数字下变频后得到导航基带数字信号后输出；

数据预处理模块，用于接收信号采集接收机输出的导航基带数字信号并存储，以及对导航基带数字信号进行传输预处理后发送至网络传输子系统。

3.根据权利要求2所述分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统，其特征在于，所述中心处理子系统包括信号接收处理模块、信号质量评估模块以及采集控制模块；

信号接收处理模块，接收网络传输子系统输出的导航基带数字信号，用于解算导航基带数字信号得到导航信号的观测量；

信号质量评估模块，用于接收信号接收处理模块解算得到的导航信号的观测量，并利用导航信号的观测量评估导航信号质量；

采集控制模块，通过生成控制指令和配置参数，用于控制信号采集子系统的采样率、量化位数、信号抽取占空比。

4.根据权利要求3所述分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统，其特征在于，所述信号接收处理模块包括任务调度子模块、信号相关累加子模块、信号跟踪子模块、相关峰监测子模块、导航电文解算子模块、观测量计算子模块、数据存储回放模块；

任务调度子模块，用于调度信号接收处理模块中不同模块；

信号相关累加子模块，将从网络传输子系统获取的导航基带数字信号与本地生成的伪码信号进行相关运算得到相关值，并将相关值输出给信号跟踪子模块、相关峰监测子模块和导航电文解算子模块；

信号跟踪子模块，用于实现对从网络传输子系统接收的导航基带数字信号的稳定跟踪，并输出跟踪结果；

相关峰监测子模块，利用具有不同伪码相位的本地伪码信号与导航基带数字信号进行相关运算得到的相关值来评估信号相关峰的异常监测；

导航电文解算子模块，利用相关值的符号恢复出原始导航电文；

观测量计算子模块，利用信号跟踪子模块输出的跟踪结果计算估计得到导航信号的观测量，所述观测量包括伪码相位观测量、载波相位观测量、多普勒观测量；

数据存储回放模块，用于存储、回放和管理导航数字基带信号。

5.根据权利要求4所述分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统，其特征在于，所述分布式采集与集中式处理的导航信号监测系统具有连续数据监测模式、非连续数据监测模式、离线数据回放分析模式三种工作模式；

所述连续数据监测模式通过将信号采集子系统预处理后的数据连续发送至中心处理子系统，实现对信号质量监测；

所述的非连续数据监测模式是在网络传输带宽受限条件下，通过降低数据采样率、降低量化位数和数据抽取进而压缩数据带宽，中心处理子系统可实现对非连续的导航信号进行质量监测；

所述的离线数据回放分析模式通过离线回放中心处理子系统存储的导航基带数字信号，可实现对特定时刻的导航信号的信号质量监测。

6.一种分布式采集与集中式处理的导航信号监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

分布式采集多个导航信号监测站点的导航信号；

将多个导航信号监测站点的导航信号转成导航基带数字信号后通过网络传输子系统传送至中心处理子系统；

对多个导航信号监测站点的导航信号进行分析，实现对导航信号的质量监测。

7.根据权利要求6所述分布式采集与集中式处理的导航信号监测方法，其特征在于，将多个导航信号监测站点的导航信号转成导航基带数字信号后上传至中心处理子系统，具体为：

先将多个导航信号监测站点的导航信号进行前置滤波和低噪声放大处理；

随后将多个导航信号监测站点的导航信号进行模拟下变频、AD采样及数字下变频，得到多个导航信号监测站点的导航基带数字信号；

将多个导航信号监测站点的导航基带数字信号进行传输预处理后上传至中心处理子系统。

8.根据权利要求7所述分布式采集与集中式处理的导航信号监测方法，其特征在于，所述对多个导航信号监测站点的导航信号进行分析，实现对导航信号的质量监测，具体为：

对于任一导航信号监测站点上传的导航基带数字信号，处理过程为：

将导航基带数字信号与本地生成的伪码信号进行相关运算，得到该导航基带数字信号的相关值；

基于相关值实现对该导航基带数字信号的伪码相位、载波相位、多普勒的估计；

基于相关值恢复出原始导航电文；

输出该导航基带数字信号的导航信号质量监测结果。

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