CN113805198A - 一种卫星测量处理机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星测量处理机，包含三个卫导处理模块和一个监视控制模块，监视控制模块在正常模式、备用模式1、备用模式2之间切换，在正常模式下，一个卫导处理模块处于主导状态，一个卫导处理模块处于一级备用状态，一个卫导处理模块处于二级备用状态；当正常模式出现异常，切换到备用模式1，处于主导状态的卫导处理模块停止工作，一个切换到主导状态，一个切换到一级备用状态；当备用模式1出现异常，处于主导状态的卫导处理模块停止工作，剩余一个切换到主导状态；处于主导状态的卫导处理模块工作于卫导基准站模式，处于一级备用状态和二级备用状态的卫导处理模块工作于卫导流动站模式。本发明提高了卫星测量处理机的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及导航领域，具体涉及一种卫星测量处理机。
背景技术
飞机着陆使用的陆基全球导航卫星系统(GNSS)基准站，或者着舰使用的海基基准站，一般采用一个卫星测量处理机提供单点定位数据，同时给飞机使用的机载卫星测量处理机提供观测量数据。
飞机着陆或者着舰过程很短暂，通常只有几十秒，这期间需要卫星导航装置进行引导。尤其是无人机，对卫星导航装置有极高的依赖性。如果作为基准站的卫星测量处理机出现故障，将会产生严重影响。为了尽量降低卫星测量处理机出现故障的几率，除了提高硬件自身的可靠性外，还应该采用冗余备份的方法。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种卫星测量处理机，通过三余度备份的方式提高卫星测量处理机的可靠性。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种卫星测量处理机，包含三个卫导处理模块和一个监视控制模块，监视控制模块按预先配置将三个卫导处理模块设置为正常模式，在正常模式下，一个卫导处理模块处于主导状态，一个卫导处理模块处于一级备用状态，一个卫导处理模块处于二级备用状态；当正常模式出现异常，切换到备用模式1，处于主导状态的卫导处理模块停止工作，另外二个卫导处理模块一个切换到主导状态，一个切换到一级备用状态；当备用模式1出现异常，切换到备用模式2，处于主导状态的卫导处理模块停止工作，剩余一个卫导处理模块切换到主导状态；
处于主导状态的卫导处理模块工作于卫导基准站模式，处于一级备用状态和二级备用状态的卫导处理模块工作于卫导流动站模式。
优选地，每个卫导处理模块的硬件完全相同。
进一步，当卫导处理模块处于主导状态时，还提供对处于一级备用状态的卫导处理模块的观测量S1和处于二级备用状态的卫导处理模块的观测量S2；当卫导处理模块处于一级备用状态时还接收处于主导状态的卫导处理模块提供的观测量S1，解算出处于主导状态的卫导处理模块和处于一级备用状态的卫导处理模块的相对定位数据RTK1，并提供对处于二级备用状态的卫导处理模块的观测量S3；当卫导处理模块处于二级备用状态时还接收处于主导状态的卫导处理模块提供的观测量S2解算出处于主导状态的卫导处理模块和处于二级备用状态的卫导处理模块的相对定位数据RTK2；接收处于一级备用状态的卫导处理模块提供的观测量S3解算出处于一级备用状态的卫导处理模块和处于二级备用状态的卫导处理模块的相对定位数据RTK3；
每个卫导处理模块各连接一个卫星天线，三个卫星天线安放于固定位置，三个卫星天线相互之间的距离经过标定后确定，设处于主导状态的卫导处理模块和处于一级备用状态的卫导处理模块之间的标定值为L1、处于主导状态的卫导处理模块和处于一级备用状态的卫导处理模块之间的标定值为L2、处于一级备用状态的卫导处理模块和处于二级备用状态的卫导处理模块之间的标定值为L3；
监视控制模块根据RTK1与L1、RTK2与L2、RTK3与L3相对误差对S1、S2、S3是否合格作出判断，从而按正常模式、备用模式1、备用模式2进行切换。
进一步，正常模式下出现以下任意情况，监视控制模块认为正常模式出现异常，切换到备用模式1：
(a)连续累计到设定次数皆判断S1不合格、S2合格、S3合格；
(b)连续累计到设定次数皆判断S1不合格、S2不合格、S3合格；
(c)连续累计到设定次数皆判断S1不合格、S2不合格、S3不合格；
(d)近几次判断中，S1不合格、S2合格、S3合格出现的次数、S1不合格、S2不合格、S3合格出现的次数、S1不合格、S2不合格、S3不合格出现的次数累计到设定次数。
进一步，在备用模式1出现以下任意情况，监视控制模块认为备用模式1出现异常，切换到备用模式2：
(a)连续累计到设定次数皆判断S1不合格和S2的不合格；
(b)近几次判断中，S1不合格的出现次数和S2不合格的出现次数到累计设定次数。
优选地，监视控制模块通过一块现场可编程门阵列实现。
附图说明
图1是一种卫星测量处理机正常模式的内外部交联关系图。
图2是一种卫星测量处理机备用模式1的内外部交联关系图。
图3是一种卫星测量处理机备用模式2的内外部交联关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图3所示，本实施例所示的一种卫星测量处理机包含三个卫导处理模块和一个监视控制模块。
每个卫导处理模块的硬件完全相同，卫导处理模块根据监视控制模块的控制，在主导状态、一级备用状态和二级备用状态之间切换，当处于主导状态时工作于卫导基准站模式，并提供对处于一级备用状态的卫导处理模块的观测量S1和处于二级备用状态的卫导处理模块的观测量S2。当卫导处理模块处于一级备用状态时工作于卫导流动站模式，并接收处于主导状态的卫导处理模块提供的观测量数据S1，解算出处于主导状态的卫导处理模块和处于一级备用状态的卫导处理模块的相对定位数据RTK1，并提供对处于二级备用状态的卫导处理模块的观测量S3。当卫导处理模块处于二级备用状态时工作于卫导流动站模式，并接收处于主导状态的卫导处理模块提供的观测量S2解算出处于主导状态的卫导处理模块和处于二级备用状态的卫导处理模块的相对定位数据RTK2；接收处于一级备用状态的卫导处理模块提供的观测量S3解算出处于一级备用状态的卫导处理模块和处于二级备用状态的卫导处理模块的相对定位数据RTK3。
每个卫导处理模块各连接一个卫星天线，三个卫星天线安放于固定位置，三个卫星天线相互之间的距离经过标定后确定。设处于主导状态的卫导处理模块和处于一级备用状态的卫导处理模块之间的标定值为L1、处于主导状态的卫导处理模块和处于一级备用状态的卫导处理模块之间的标定值为L2、处于一级备用状态的卫导处理模块和处于二级备用状态的卫导处理模块之间的标定值为L3。
监视控制模块通过一块现场可编程门阵列(FPGA)实现其对卫星测量处理机的控制，无需任何CPU和软件的参与，大大提到了卫星测量处理机的稳定性和可靠性。监视控制模块根据RTK1与L1、RTK2与L2、RTK3与L3相对误差是否在±5％(可根据实际需求变更)对S1、S2、S3是否合格作出判断，从而按正常模式、备用模式1、备用模式2进行切换。
正常模式、备用模式1、备用模式2的切换策略如下：
1)正常模式
按照预先设定将三个卫导处理模块分别切换到主导状态、一级备用状态、二级备用状态，定义状态0-7，其与S1、S2、S3合格与否的对应关系如表1所示：
表1正常模式状态表
| 状态 | S<sub>1</sub> | S<sub>2</sub> | S<sub>3</sub> | 建议操作 | 分析 |
| 0 | 合格 | 合格 | 合格 | 保持正常模式 | 正常 |
| 1 | 合格 | 合格 | 不合格 | 保持正常模式 | 二级备用故障 |
| 2 | 合格 | 不合格 | 合格 | 保持正常模式 | 二级备用故障 |
| 3 | 合格 | 不合格 | 不合格 | 保持正常模式 | 二级备用故障 |
| 4 | 不合格 | 合格 | 合格 | 切备用模式1 | 待继续判断 |
| 5 | 不合格 | 合格 | 不合格 | 保持正常模式 | 一级备用故障 |
| 6 | 不合格 | 不合格 | 合格 | 切备用模式1 | 主导模块故障 |
| 7 | 不合格 | 不合格 | 不合格 | 切备用模式1 | 待继续判断 |
出现以下任意情况，监视控制模块认为正常模式出现异常，切换到备用模式1，将处于主导状态的卫导处理模块进行隔离，将另外二个卫导处理模块分别切换到主导状态和一级备用状态：
(a)连续10次判断皆是状态4；
(b)连续10次判断皆是状态6；
(c)连续10次判断皆是状态7；
(d)近25次判断中，状态4、6、7累计出现17次。
上述判断次数可根据实际情况进行调整。
2)备用模式1
定义状态c-f，其与S1、S2合格与否的对应关系如表2所示：
表2备用模式1状态表
| 状态 | S<sub>1</sub> | S<sub>1</sub> | 建议操作 | 分析 |
| c | 合格 | 合格 | 保持备用模式1 | 正常 |
| d | 合格 | 不合格 | 保持备用模式1 | 一级备用故障 |
| e | 不合格 | 合格 | 保持备用模式1 | 一级备用故障 |
| f | 不合格 | 不合格 | 切备用模式2 | 主导模块故障 |
出现以下任意情况，监视控制模块认为备用模式1异常，切换到备用模式2，将处于主导状态的卫导处理模块隔离，将处于一级备用状态的卫导处理模块切换到主导状态：
(a)连续10次判断皆是状态f；
(b)近25次判断中，S1和S2的不合格次数累计34次。
异常情况的出现可能是由卫导处理模块故障引起，也可能是卫星天线故障，数据链故障，甚至有可能是线缆故障。当出现异常情况，监视控制模块会产生告警信号。维修人员应在接收到告警信号的第一时间，在当前飞机完成降落或复飞后，立即对卫星测量处理机进行断电检修。检修完毕后的卫星测量处理机会自动切回正常模式。
三种模式的工作状态分别为：
1)正常模式
正常模式的内外部交联关系如图1所示。此模式下，处于主导状态的卫导处理模块工作于卫导基准站模式，通过监视控制模块与数据链相连，作为卫星测量处理机的基准站；处于一级备用状态的卫导处理模块工作于卫导流动站模式，接收处于主导状态的卫导处理模块的观测量S1；处于二级备用状态的卫导处理模块工作于卫导流动站模式，同时接收处于主导状态的卫导处理模块的观测量S2和处于一级备用状态的卫导处理模块的观测量S3；监视控制模块实时接收处于一级备用状态的卫导处理模块解算的RTK1和处于二级备用状态的卫导处理模块解算的RTK2和RTK3，并与标定值进行比较，作为判断正常模式正常与否的依据。
当监视到异常状态时，监视控制模块产生告警信号并将卫星测量处理机切换到备用模式1，断开处于主导状态的卫导处理模块的数据通道，处于主导状态的卫导处理模块停止工作，将另外二个卫导处理模块设置为主导状态和一级备用状态。
2)备用模式1
备用模式1的内外部交联关系如图2所示,将切换到主导状态的卫导处理模块切换到卫导基准站模式，并与数据链相连，作为卫星测量处理机的基准站。此模式下处于一级备用状态的卫导处理模块工作于卫导流动站模式，接收处于主导状态的卫导处理模块的观测量S1。监视控制模块实时接收处于一级备用状态的卫导处理模块解算的RTK1，并与标定值进行比较，作为判断备用模式1正常与否的依据。
若监视控制模块监视到备用模式1也出现异常，则监视控制模块产生告警信号并将卫星测量处理机切换到备用模式2,断开处于主导状态的卫导处理模块的数据通道，处于主导状态的卫导处理模块停止工作,将剩余的一个卫导处理模块切换到主导状态。
3)备用模式2
备用模式2的内外部交联关系如图3所示。将切为主导状态的卫导处理模块2切换到卫导基准站模式，并与数据链相连，作为卫星测量处理机的基准站。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种卫星测量处理机，包含三个卫导处理模块和一个监视控制模块，其特征在于监视控制模块按预先配置将三个卫导处理模块设置为正常模式，在正常模式下，一个卫导处理模块处于主导状态，一个卫导处理模块处于一级备用状态，一个卫导处理模块处于二级备用状态；当正常模式出现异常，切换到备用模式1，处于主导状态的卫导处理模块停止工作，另外二个卫导处理模块一个切换到主导状态，一个切换到一级备用状态；当备用模式1出现异常，切换到备用模式2，处于主导状态的卫导处理模块停止工作，剩余一个卫导处理模块切换到主导状态；
处于主导状态的卫导处理模块工作于卫导基准站模式，处于一级备用状态和二级备用状态的卫导处理模块工作于卫导流动站模式。
2.根据权利要求1所述一种卫星测量处理机，其特征在于每个卫导处理模块的硬件完全相同。
3.根据权利要求1所述一种卫星测量处理机，其特征在于当卫导处理模块处于主导状态时，还提供对处于一级备用状态的卫导处理模块的观测量S1和处于二级备用状态的卫导处理模块的观测量S2；当卫导处理模块处于一级备用状态时还接收处于主导状态的卫导处理模块提供的观测量S1，解算出处于主导状态的卫导处理模块和处于一级备用状态的卫导处理模块的相对定位数据RTK1，并提供对处于二级备用状态的卫导处理模块的观测量S3；当卫导处理模块处于二级备用状态时还接收处于主导状态的卫导处理模块提供的观测量S2解算出处于主导状态的卫导处理模块和处于二级备用状态的卫导处理模块的相对定位数据RTK2；接收处于一级备用状态的卫导处理模块提供的观测量S3解算出处于一级备用状态的卫导处理模块和处于二级备用状态的卫导处理模块的相对定位数据RTK3；
每个卫导处理模块各连接一个卫星天线，三个卫星天线安放于固定位置，三个卫星天线相互之间的距离经过标定后确定，设处于主导状态的卫导处理模块和处于一级备用状态的卫导处理模块之间的标定值为L1、处于主导状态的卫导处理模块和处于一级备用状态的卫导处理模块之间的标定值为L2、处于一级备用状态的卫导处理模块和处于二级备用状态的卫导处理模块之间的标定值为L3；
监视控制模块根据RTK1与L1、RTK2与L2、RTK3与L3相对误差对S1、S2、S3是否合格作出判断，从而按正常模式、备用模式1、备用模式2进行切换。
4.根据权利要求3所述一种卫星测量处理机，其特征在于在正常模式下出现以下任意情况，监视控制模块认为正常模式出现异常，切换到备用模式1：
(a)连续累计到设定次数皆判断S1不合格、S2合格、S3合格；
(b)连续累计到设定次数皆判断S1不合格、S2不合格、S3合格；
(c)连续累计到设定次数皆判断S1不合格、S2不合格、S3不合格；
(d)近几次判断中，S1不合格、S2合格、S3合格出现的次数、S1不合格、S2不合格、S3合格出现的次数、S1不合格、S2不合格、S3不合格出现的次数累计到设定次数。
5.根据权利要求3所述一种卫星测量处理机，其特征在于在备用模式1出现以下任意情况，监视控制模块认为备用模式1出现异常，切换到备用模式2：
(a)连续累计到设定次数皆判断S1不合格和S2的不合格；
(b)近几次判断中，S1不合格的出现次数和S2不合格的出现次数到累计设定次数。
6.根据权利要求3所述一种卫星测量处理机，其特征在于其特征在于监视控制模块通过一块现场可编程门阵列实现。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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