CN113466900B - 卫星导航天线连接状态的判断方法和电路 - Google Patents

卫星导航天线连接状态的判断方法和电路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及卫星导航相关技术领域，具体涉及一种卫星导航天线连接状态的判断方法和电路。具体的，本申请提供的卫星导航天线连接状态的判断方法,包括：获取馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息；基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，判断卫星导航天线是否有源；若判断结果为是，基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息在一段时间之内的变化，判断卫星导航天线连接状态。如此设置，在射频线缆连接松动时，会导致馈电电流的大小产生波动，同时也会导致接收到的卫星导航信号的强度产生波动，基于馈电电流的大小的波动与卫星导航信号强度的波动为依据判定连接松动，以便于使用者及时的处理。

Description

卫星导航天线连接状态的判断方法和电路
技术领域
本发明涉及卫星导航相关技术领域，具体涉及一种卫星导航天线连接状态的判断方法和电路。
背景技术
实现卫星导航技术一般需要使用两个设备：卫星导航接收机和卫星导航天线，两个设备之间需要有射频线缆实现电气连通，设备与射频线缆的连接时会使用到各种型号的射频端口。安装了卫星导航设备的汽车、无人机等载具被统称为载体。载体在运行时会产生各种震动、加减速，时间长难免会造成射频端口的连接松动，甚至完全断开，使得卫星导航接收机失去导航功能。所以现在需要一种卫星导航天线连接状态的判断方法。
发明内容
有鉴于此，提供一种卫星导航天线连接状态的判断方法和电路，以至少一定程度上，解决现有技术中的问题。
本发明采用如下技术方案：
本发明实施例提供了一种卫星导航天线连接状态的判断方法包括：
获取馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息；
基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，判断卫星导航天线是否有源；
若判断结果为是，基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息在一段时间之内的变化，判断卫星导航天线连接状态。
可选的，所述基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，判断卫星导航天线是否有源，包括：
若没有馈电电流大小信息，仅有卫星导航信号强度信息，则确定卫星导航天线无源。
可选的，所述基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，判断卫星导航天线是否有源之后，包括：
基于卫星导航信号强度信息判断卫星导航天线连接状态。
可选的，所述若判断结果为是，基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息在一段时间之内的变化，判断卫星导航天线连接状态，包括：
若所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息的变化相关性大于预设值，且所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息变化波动大于门限值则判断卫星导航天线连接状态为连接松动。
可选的，所述门限值，是基于有效连接时刻的所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息得到的。
可选的，所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息的变化相关性为，基于馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息随时间变化的各自的即时值、平均值、加权平均值、最大值、最小值、中位数及这些数值的相对大小关系在时间上的一致性。
可选的，所述卫星导航信号强度信息包括：各个卫星对应的信噪比、载噪比、信号功率、噪声功率、信号相关值以及这些数值的加、减、乘、除、开方、对数运算组合。
本申请提还供一种卫星导航天线连接状态的判断电路，包括：馈电直流电源、电流检测电路、射频端口、直流隔离电路、卫星导航信号射频处理电路和中央处理器；
所述射频端口通过连接所述射频线缆与所述卫星导航天线实现电气连通；
所述馈电直流电源经过所述电流检测电路为所述射频端口提供馈电支持；
所述中央处理器分别连接所述卫星导航信号射频处理电路和所述电流检测电路，获取所述卫星导航信号射频处理电路和所述电流检测电路发送的信息，并基于所述信息判断所述卫星导航天线连接状态。
本发明采用以上技术方案，首先获取馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息；基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，判断卫星导航天线是否有源；若判断结果为是，基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息在一段时间之内的变化，判断卫星导航天线连接状态。具体的，在射频线缆连接松动时，射频线缆连接的等效电阻值会随着载体振动在一定范围内波动，这会导致馈电电流的大小产生波动，同时也会导致接收到的卫星导航信号的强度产生波动，而且馈电电流的大小的波动与卫星导航信号强度的波动随时间变化会有极大的相关性，也就是说两者会随着时间同时变大或变小，以此为依据可判定连接松动。如此设置，本申请提供的方案，可以完成对于连接松动的判断，以便于使用者及时的处理。
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获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种卫星导航天线连接状态的判断方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种卫星导航天线连接状态的判断电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
首先对本申请提供方案的具体应用场景及相关内容进行说明：本发明涉及卫星导航技术领域，是在卫星导航接收机上应用的一种卫星导航天线连接状态的判断方法，特别用于卫星导航天线连接松动状态的检测及报警。实现卫星导航技术一般需要使用两个设备：卫星导航接收机和卫星导航天线，两个设备之间需要有射频线缆实现电气连通，设备与射频线缆的连接时会使用到各种型号的射频端口。安装了卫星导航设备的汽车、无人机等载具被统称为载体。载体在运行时会产生各种震动、加减速，时间长难免会造成射频端口的连接松动，甚至完全断开，使得卫星导航接收机失去导航功能。本发明的技术可检测所有类型的卫星导航天线可能会出现的断开情况，对于某一类卫星导航天线，还可以在射频端口发生连接松动时就能检测到并报警，提示用户及时进行维修或更换。
实施例
图1是本发明实施例提供的一种卫星导航天线连接状态的判断方法和电路的流程图。参考图1，本申请提供的卫星导航天线连接状态的判断方法包括：
S101，获取馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息；
S102，基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，判断卫星导航天线是否有源；
S103，若判断结果为是，基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息在一段时间之内的变化，判断卫星导航天线连接状态。
具体的，在射频线缆连接松动时，射频线缆连接的等效电阻值会随着载体振动在一定范围内波动，这会导致馈电电流的大小产生波动，同时也会导致接收到的卫星导航信号的强度产生波动，而且馈电电流的大小的波动与卫星导航信号强度的波动随时间变化会有极大的相关性，也就是说两者会随着时间同时变大或变小，以此为依据可判定连接松动。如此设置，本申请提供的方案，可以完成对于连接松动的判断，以便于使用者及时的处理。
其中，步骤S102，基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，判断卫星导航天线是否有源，包括：若没有馈电电流大小信息，仅有卫星导航信号强度信息，则确定卫星导航天线无源。
本申请提供的方案中，因为结合了卫星导航信号的强度信息，当无源的卫星导航天线接通后，虽然没有馈电电流，但是总体的卫星导航信号会达到一定强度，以此为依据可以判定连接的天线为无源的卫星导航天线。
进一步的，所述基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，判断卫星导航天线是否有源之后，包括：基于卫星导航信号强度信息判断卫星导航天线连接状态。
进一步的，步骤S103若判断结果为是，基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息在一段时间之内的变化，判断卫星导航天线连接状态，包括：
若所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息的变化相关性大于预设值，且所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息变化波动大于门限值则判断卫星导航天线连接状态为连接松动。
需要说明的是，在射频线缆连接松动时，射频线缆连接的等效电阻值会随着载体振动在一定范围内波动，这会导致馈电电流的大小产生波动，同时也会导致接收到的卫星导航信号的强度产生波动，而且馈电电流的大小的波动与卫星导航信号强度的波动随时间变化会有极大的相关性，也就是说两者会随着时间同时变大或变小，以此为依据可判定连接松动。
其中，所述门限值，是基于有效连接时刻的所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息得到的。因为不同型号的有源的卫星导航天线中的电路设计不同，其等效负载电阻大小不一，这导致了连接不同型号的天线，馈电的电流大小不一，在导航接收机上采用单一的固定门限容易产生误判或漏判，而通过卫星导航信号的强度状态，可以判定卫星导航天线有效连接的时刻，通过统计足够多的有效连接时刻的馈电电流大小，就能计算出当前连接的卫星导航天线的等效负载电阻值，从而就能针对该负载值计算出最合适的用于判定连接异常的门限值。
具体的，所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息的变化相关性为，基于馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息随时间变化的各自的即时值、平均值、加权平均值、最大值、最小值、中位数及这些数值的相对大小关系在时间上的一致性。
所述卫星导航信号强度信息包括：各个卫星对应的信噪比、载噪比、信号功率、噪声功率、信号相关值以及这些数值的加、减、乘、除、开方、对数运算组合。
图2是本发明实施例提供的一种卫星导航天线连接状态的判断电路的结构示意图。参照图2，本申请提供的卫星导航天线连接状态的判断电路，包括：馈电直流电源、电流检测电路、射频端口、直流隔离电路、卫星导航信号射频处理电路和中央处理器；
所述射频端口通过连接所述射频线缆与所述卫星导航天线实现电气连通；
所述馈电直流电源经过所述电流检测电路为所述射频端口提供馈电支持；
所述中央处理器分别连接所述卫星导航信号射频处理电路和所述电流检测电路，获取所述所述卫星导航信号射频处理电路和所述电流检测电路发送的信息，并基于所述信息判断所述卫星导航天线连接状态。
具体的，射频端口接入的来自卫星导航天线的射频信号，输入到卫星导航信号射频处理电路进行处理，信号将被处理为中频数字信号，再输入到中央处理器中进行进一步计算处理，可得到各个卫星导航信号对应的信噪比(信号功率与噪声功率之比)、载噪比(载波功率与噪声功率之比)等信号强度相关的指标信息。因为卫星导航天线在跟随载体运动过程中，很可能会受到遮挡，导致卫星导航信号的强度降低甚至消失，所以只使用信号强度信息是无法有效判定卫星导航天线的连接状态。对于有源的卫星导航天线，射频线缆连接松动时，馈电电流大小会出现波动，信号强度也会相应出现波动，结合馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，分析两者随时间变化的相关性，即可有效识别出存在连接松动。对于无源的卫星导航天线，因为结合了卫星导航信号强度进行分析判断，不会误判为天线连接断开。
具体的实现方式如下：电流检测电路在馈电线路上串联一个固定小阻值的电阻，通过测量该串联电阻电压的方式间接测量电流值，再经过放大器、ADC等电路将电压值量化为数字信息，传送到中央处理器进行处理。
卫星导航信号射频处理电路将射频信号变频为中频信号，并以一定采样率采样量化，即可得到数字中频信号，输入到中央处理器进行处理。
中央处理器采用可编程SoC芯片，从设备开机运行后即开始按一定频率，通过从电流检测电路输入的电压量化值，计算得到馈电电流值，设某个时刻t得到的馈电电流值为I(t)，同时也可通过计算得到时刻t某个卫星S对应的卫星导航信号的载噪比CN0(S，t)，再对所有卫星对应载噪比取平均得到时刻t的卫星平均载噪比CN0Total(t)以此值作为时刻t的总体卫星导航信号强度的指标。
对某时刻t1之前记录的所有I(t)计算加权平均值，可得到时刻t1的历史平均馈电电流值IMean(t1)；对某时刻t1之前记录的所有CN0Total(t)计算加权平均值，可得到时刻t1的历史平均载噪比CN0Mean(t1)。
当在某个时刻t2计算得到CN0Mean(t2)超过某个经验门限CN0V后，即可认为当前导航卫星信号有效，定为该时刻t2为有效时刻。
若首个有效时刻tV的IMean(tV)小于馈电电流最小值门限Imin，则判定连接的卫星导航天线为无源的卫星导航天线，此时无需报警提示，并关闭连接松动检测。
若首个有效时刻tV的IMean(tV)大于门限Imin，则判定为连接的卫星导航天线为有源的卫星导航天线，并开启连接松动检测。
使用IMean(tV)值的一定比例值k·IMean(tV)(其中0≤k＜1)作为判定连接断开门限IBreak，若在某时刻t出现I(t)＜IBreak的情况，则判定卫星导航天线连接断开,此时会通过输出报文进行报警：“卫星导航天线连接断开”。
若开启了连接松动检测，将对于之后所有有效时刻进行判断，对于某个有效时刻t，计算门限ITH(t)＝a·IMean(t)，CN0TH(t)＝b·CN0Mean(t)，其中0＜a＜1，0＜b＜1，对所有出现的I(t)<ITH(t)并且CN0Total(t)<CN0TH(t)的情况进行统计，若在一定时间Ts内出现的次数超过门限NTH，则判定卫星导航天线的连接出现松动，此时通过输出报文等方式进行报警：“卫星导航天线连接松动”。
若超过一定时间Ts没有出现有效时刻，并且IMean(t)小于门限Imin，则报警提示：“卫星导航天线连接断开或存在严重遮挡”。
需要说明的是，本发明的核心是通过馈电电流大小与卫星导航信号强度的相关性来判断与卫星导航天线的连通性，并提示用户及时进行维修或更换。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种卫星导航天线连接状态的判断方法，其特征在于，
获取馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息；
基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，判断卫星导航天线是否有源；
若判断结果为是，基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息在一段时间之内的变化，判断卫星导航天线连接状态；
其中，所述若判断结果为是，基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息在一段时间之内的变化，判断卫星导航天线连接状态，包括：
若所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息的变化相关性大于预设值，且所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息变化波动大于门限值则判断卫星导航天线连接状态为连接松动。
2.权利要求1所述的卫星导航天线连接状态的判断方法，其特征在于，所述基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，判断卫星导航天线是否有源，包括：
若没有馈电电流大小信息，仅有卫星导航信号强度信息，则确定卫星导航天线无源。
3.权利要求1所述的卫星导航天线连接状态的判断方法，其特征在于，所述基于所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息，判断卫星导航天线是否有源之后，包括：
基于卫星导航信号强度信息判断卫星导航天线连接状态。
4.权利要求1所述的卫星导航天线连接状态的判断方法，其特征在于，所述门限值，是基于有效连接时刻的所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息得到的。
5.权利要求1所述的卫星导航天线连接状态的判断方法，其特征在于，所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息的变化相关性为，基于馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息随时间变化的各自的即时值、平均值、加权平均值、最大值、最小值、中位数及这些数值的相对大小关系在时间上的一致性。
6.权利要求1所述的卫星导航天线连接状态的判断方法，其特征在于，所述卫星导航信号强度信息包括：各个卫星对应的信噪比、载噪比、信号功率、噪声功率、信号相关值以及这些数值的加、减、乘、除、开方、对数运算组合。
7.一种卫星导航天线连接状态的判断电路，其特征在于，包括：馈电直流电源、电流检测电路、射频端口、直流隔离电路、卫星导航信号射频处理电路和中央处理器；
所述射频端口通过射频线缆与所述卫星导航天线实现电气连通；
所述馈电直流电源经过所述电流检测电路为所述射频端口提供馈电支持；
所述中央处理器分别连接所述卫星导航信号射频处理电路和所述电流检测电路，获取所述卫星导航信号射频处理电路和所述电流检测电路发送的信息，并基于所述信息判断所述卫星导航天线连接状态；
其中，所述信息包括：馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息；
基于所述信息判断所述卫星导航天线连接状态包括：
若所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息的变化相关性大于预设值，且所述馈电电流大小信息和卫星导航信号强度信息变化波动大于门限值则判断卫星导航天线连接状态为连接松动。
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