CN113900134B - 一种多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，包括PCB基板上集成处理器芯片、惯性导航芯片和卫星定位芯片，一个卫星定位芯片连接一个卫星接收天线构成一个卫星定位系统，处理器芯片被配置为：统计各个卫星定位系统的卫星信号信噪比，并选取信噪比超过第一预设阈值且最大的卫星定位系统为主定位系统，其他卫星定位系统为备选定位系统；确定主定位系统的卫星数量低于第一预设数量，则将一个备选定位系统切换为新主定位系统，并从其他备选定位系统中选取可信赖系统；对惯导定位数据、新主定位系统以及可信赖系统的卫星定位数据进行差值递减计算得到实时定位数据。该设备能够减小不同系统间定位数据的落差，实现定位系统的平滑切换。

Description

一种多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备
技术领域
本申请涉及卫星定位技术领域，尤其涉及一种多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备。
背景技术
在卫星导航接收系统中，由于到达地面的卫星导航信号功率比较微弱，容易淹没在噪声之下，进入接收机的信噪比一般都很低，因此卫星导航系统容易受到复杂电磁环境的干扰或者人为的干扰。
目前，卫星定位抗干扰技术常常采用天线阵列接收卫星导航信号，比如法向约束抗干扰模式和无约束抗干扰模式。然而，法向约束抗干扰模式很难收到俯仰角较低的卫星信号，总收星数目下降，尤其当天线阵面发生倾斜时，收星情况会进一步恶化，进而影响到抗干扰性能。无约束抗干扰模式阵列法向增益不及法向约束抗干扰模式，且主天线一旦出现故障，便无法保证正常的收星工作。
因此，有必要对卫星定位设备的稳定性和抗干扰性进行进一步的改进。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供一种多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，可以实现主定位系统的平滑切换，有利于提高卫星定位的稳定性和抗干扰性。
本申请提供了一种多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，包括：PCB基板，所述PCB基板上集成有处理器芯片、惯性导航芯片和卫星定位芯片，所述惯性导航芯片和所述卫星定位芯片均连接至所述处理器芯片，每一个所述卫星定位芯片连接一个卫星接收天线构成一个独立的卫星定位系统，其中，所述处理器芯片被配置为执行以下步骤：
统计各个所述卫星定位系统的卫星信号的信噪比，并选取信噪比超过第一预设阈值且最大的所述卫星定位系统作为主定位系统，其他所述卫星定位系统作为备选定位系统；
确定所述主定位系统的卫星数量低于第一预设数量，则将一个所述备选定位系统切换为新主定位系统，并从其他所述备选定位系统中选取可信赖系统，所述可信赖系统为卫星信号质量满足预设质量标准的系统；
对所述惯性导航芯片获取的惯导定位数据、所述新主定位系统的卫星定位数据以及所述可信赖系统的卫星定位数据进行差值递减计算得到实时定位数据，以减小由于切换主定位系统引起的定位数据落差对实时定位的影响。
优选的，确定所述备选定位系统的第一类卫星数量大于等于第二预设数量且第二类卫星数量大于等于第三预设数量，则选取所述备选定位系统为可信赖系统，所述第一类卫星为信噪比超过第一预设阈值的卫星，所述第二类卫星为信噪比超过第二预设阈值的卫星。
优选的，所述处理器芯片还被配置为执行以下步骤：统计各个所述卫星定位系统的卫星信号的信噪比，确定各个所述卫星定位系统的卫星信号的信噪比均小于第一预设阈值，则选取信噪比最大的所述卫星定位系统作为主定位系统。
优选的，所述处理器芯片还被配置为执行以下步骤：确定所述主定位系统的卫星数量大于等于第四预设数量，则根据所述主定位系统的卫星定位数据计算实时定位数据。
优选的，所述处理器芯片还被配置为执行以下步骤：确定所述卫星定位系统的卫星信号的信噪比均低于第三预设阈值，则根据所述惯导定位数据计算实时定位数据。
优选的，多个所述卫星接收天线具有至少三个朝向，具体包括至少一个垂直向上的第一卫星接收天线以及位于以所述第一卫星接收天线为圆心的圆周上并分布布置的第二卫星接收天线，且所述第二卫星接收天线与所述第一卫星接收天线之间的角度为锐角。
优选的，多个所述卫星接收天线具有五个朝向，具体包括一个垂直向上的第一卫星接收天线以及位于以所述第一卫星接收天线为圆心的圆周上并分布布置的四个第二卫星接收天线，且所述第二卫星接收天线与所述第一卫星接收天线之间的角度为锐角。
优选的，四个所述第二卫星接收天线均匀分布在以所述第一卫星接收天线为圆心的圆周上。
优选的，还包括结构支架。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：该设备首先通过多个卫星接收天线和对应的卫星定位芯片共同组成多个互相独立的卫星定位系统，共同进行卫星定位数据的观测，提高卫星定位精度和抗干扰能力，并从中选取信噪比最优最高（即信噪比大于第一预设阈值且信噪比最高）的系统作为卫星定位的主系统，其他系统作为备选定位系统，在检测到主定位系统掉星（可观测的卫星数量减少）时，能够及时进行主定位系统的切换，并且切换时结合惯导定位数据、新主定位系统的卫星定位数据以及可信赖系统的卫星定位数据进行差值递减计算，可以消除切换系统带来的定位数据的突变（两个系统观测的卫星定位数据可能不同），有助于提高卫星定位的稳定性和抗干扰性。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备的处理器芯片的工作流程示意图；
图2为多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备的结构示意图；
图3为多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备的卫星接收天线与结构支架的连接结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，下面对本申请实施例提供的一种多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备进行详细介绍，参见图2，一种多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，包括：PCB基板，所述PCB基板上集成有处理器芯片、惯性导航芯片和卫星定位芯片，所述惯性导航芯片和所述卫星定位芯片均连接至所述处理器芯片，每一个所述卫星定位芯片连接一个卫星接收天线构成一个独立的卫星定位系统，其中，参见图1，所述处理器芯片被配置为执行以下步骤：
步骤S1，统计各个卫星定位系统的卫星信号的信噪比，并选取信噪比超过第一预设阈值且最大的卫星定位系统作为主定位系统，其他卫星定位系统作为备选定位系统；
步骤S2，确定所述主定位系统的卫星数量低于第一预设数量，则将一个所述备选定位系统切换为新主定位系统，并从其他所述备选定位系统中选取可信赖系统，所述可信赖系统为卫星信号质量满足预设质量标准的系统；
步骤S3，对惯性导航芯片获取的惯导定位数据、所述新主定位系统的卫星定位数据以及所述可信赖系统的卫星定位数据进行差值递减计算得到实时定位数据，以减小由于切换主定位系统引起的定位数据落差对实时定位的影响，实现定位系统的平滑切换。
在本申请的一些具体实施例中，选取信噪比大于40dB且信噪比最高的系统作为主定位系统，主定位系统观测到的卫星定位数据作为卫星定位的主参数（即计算实时定位数据的主要依据）；其他卫星定位系统作为备选定位系统。
当检测出主定位系统的卫星数量（即主定位系统对应的卫星接收天线能接收到卫星信号的卫星的数量）低于第一预设数量（比如4颗），则从备选定位系统中选取一个作为新的主定位系统，实时定位数据的主要计算依据从主定位系统跳转至新主定位系统，两个系统切换时，定位信息较跳转之前有数据不连续性，为避免因数据抖动带来的事故，提高定位精度和抗干扰能力，利用惯导设备测得的惯导定位数据、新主定位系统的卫星定位数据以及结合备选定位系统的可信赖系统的卫星定位数据进行差值递减计算得到实时定位数据，对跳转前的卫星定位轨迹与跳转后的卫星定位轨迹进行平滑过渡。
在本申请的一些具体实施例中，可信赖系统可以是指备选定位系统中观测到的卫星信号质量满足预设质量标准的系统，为了提高定位的准确性，在本申请的一些具体实施例中，确定所述备选定位系统的第一类卫星数量大于等于第二预设数量且第二类卫星数量大于等于第三预设数量，则选取所述备选定位系统为可信赖系统，所述第一类卫星为信噪比超过第一预设阈值的卫星，所述第二类卫星为信噪比超过第二预设阈值的卫星。
作为一个示例，将具有至少3个信噪比40dB以上，且至少3个信噪比35dB以上的系统为可信赖系统。
通过本申请实施例，首先通过多个卫星接收天线和对应的卫星定位芯片共同组成多个互相独立的卫星定位系统，共同进行卫星定位数据的观测，以提高卫星定位精度和抗干扰能力，并从中选取信噪比最优最高（即信噪比大于第一预设阈值且信噪比最高）的系统作为卫星定位的主系统，其他系统作为备选定位系统，在检测到主定位系统掉星（可观测的卫星数量减少）时，能够及时进行主定位系统的切换，能有效克服单点失效，增强卫星导航系统的稳定性，并且在切换时结合惯导定位数据、新主定位系统的卫星定位数据以及可信赖系统的卫星定位数据进行差值递减计算，以消除切换系统带来的定位数据的突变（两个系统观测的卫星定位数据可能不同），有助于提高卫星定位的稳定性和抗干扰性。
在本申请的一些具体实施例中，所述处理器芯片还被配置为执行以下步骤：统计各个卫星定位系统的卫星信号的信噪比，确定各个卫星定位系统的卫星信号的信噪比均小于第一预设阈值，则选取信噪比最大的卫星定位系统作为主定位系统。
如果各个卫星定位系统的卫星信号的信噪比均低于40dB，则选取最接近40dB的卫星定位系统作为主定位系统。
在本申请的一些具体实施例中，所述处理器芯片还被配置为执行以下步骤：确定所述主定位系统的卫星数量大于等于第四预设数量，则根据所述主定位系统的卫星定位数据计算实时定位数据。
当主定位系统的信噪比大于40dB的卫星大于6颗时，惯性导航以此模块系统数据做为运算主依据，即以主定位系统观测到的卫星定位数据为主来进行实时定位数据的计算。
在本申请的一些具体实施例中，所述处理器芯片还被配置为执行以下步骤：确定卫星定位系统的卫星信号的信噪比均低于第三预设阈值，则根据所述惯导定位数据计算实时定位数据，以保证定位结果准确。
如果各个卫星定位系统观测到的卫星定位信号的质量均不满足定位要求，比如当所有卫星定位系统的信噪比都低于35dB时，则通过惯性导航独立运算实时定位数据。
在本申请的一些具体实施例中，多个所述卫星接收天线具有至少三个朝向，具体包括至少一个垂直向上的第一卫星接收天线以及位于以所述第一卫星接收天线为圆心的圆周上并分布布置的第二卫星接收天线，且所述第二卫星接收天线与所述第一卫星接收天线之间的角度为锐角。
在本申请的一些具体实施例中，多个所述卫星接收天线具有五个朝向，具体包括一个垂直向上的第一卫星接收天线以及位于以所述第一卫星接收天线为圆心的圆周上并分布布置的四个第二卫星接收天线，且所述第二卫星接收天线与所述第一卫星接收天线之间的角度为锐角。
第一卫星接收天线垂直向上，若干个第二卫星接收天线以第一卫星接收天线为中心分布设置，且每一个第二卫星天线与第一卫星接收天线之间的夹角为锐角，优选夹角为45度。45度设置有利于增强多路径卫星定位信号的接收及增强大夹角卫星的信号接收。
在本申请的一些具体实施例中，四个所述第二卫星接收天线均匀分布在以所述第一卫星接收天线为圆心的圆周上。
卫星接收天线采用5方向设置，第一卫星接收天线垂直向上，四个第二卫星接收天线均匀分布设置在以第一卫星接收天线为圆心的圆周上，相邻第二卫星接收天线之间的夹角为90度，有利于增强该方向90度范围内的信号值。
参见图3，在本申请的一些具体实施例中，多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备还包括结构支架。
多个卫星接收天线安装在结构支架上，集成有惯性导航芯片（即惯性导航MEMS芯片）、ARM处理器芯片和卫星定位芯片的电路板也可以安装在该结构支架上。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，其特征在于，包括：PCB基板，所述PCB基板上集成有处理器芯片、惯性导航芯片和卫星定位芯片，所述惯性导航芯片和所述卫星定位芯片均连接至所述处理器芯片，一个所述卫星定位芯片连接一个卫星接收天线构成一个独立的卫星定位系统，其中，所述处理器芯片被配置为执行以下步骤：
统计各个所述卫星定位系统的卫星信号的信噪比，并选取信噪比超过第一预设阈值且最大的所述卫星定位系统作为主定位系统，其他所述卫星定位系统作为备选定位系统；
确定所述主定位系统的卫星数量低于第一预设数量，则将一个所述备选定位系统切换为新主定位系统，并从其他所述备选定位系统中选取可信赖系统，所述可信赖系统为卫星信号质量满足预设质量标准的系统；
对所述惯性导航芯片获取的惯导定位数据、所述新主定位系统的卫星定位数据以及所述可信赖系统的卫星定位数据进行差值递减计算得到实时定位数据，以减小由于切换主定位系统引起的定位数据落差对实时定位的影响。
2.根据权利要求1所述的多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，其特征在于，确定所述备选定位系统的第一类卫星数量大于等于第二预设数量且第二类卫星数量大于等于第三预设数量，则选取所述备选定位系统为可信赖系统，所述第一类卫星为信噪比超过第一预设阈值的卫星，所述第二类卫星为信噪比超过第二预设阈值的卫星。
3.根据权利要求2所述的多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，其特征在于，所述处理器芯片还被配置为执行以下步骤：统计各个所述卫星定位系统的卫星信号的信噪比，确定各个所述卫星定位系统的卫星信号的信噪比均小于第一预设阈值，则选取信噪比最大的所述卫星定位系统作为主定位系统。
4.根据权利要求3所述的多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，其特征在于，所述处理器芯片还被配置为执行以下步骤：确定所述主定位系统的卫星数量大于等于第四预设数量，则根据所述主定位系统的卫星定位数据计算实时定位数据。
5.根据权利要求3所述的多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，其特征在于，所述处理器芯片还被配置为执行以下步骤：确定所述卫星定位系统的卫星信号的信噪比均低于第三预设阈值，则根据所述惯导定位数据计算实时定位数据。
6.根据权利要求1至5任一所述的多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，其特征在于，多个所述卫星接收天线具有至少三个朝向，具体包括至少一个垂直向上的第一卫星接收天线以及位于以所述第一卫星接收天线为圆心的圆周上并分布布置的第二卫星接收天线，且所述第二卫星接收天线与所述第一卫星接收天线之间的角度为锐角。
7.根据权利要求6所述的多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，其特征在于，多个所述卫星接收天线具有五个朝向，具体包括一个垂直向上的第一卫星接收天线以及位于以所述第一卫星接收天线为圆心的圆周上并分布布置的四个第二卫星接收天线，且所述第二卫星接收天线与所述第一卫星接收天线之间的角度为锐角。
8.根据权利要求7所述的多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，其特征在于，四个所述第二卫星接收天线均匀分布在以所述第一卫星接收天线为圆心的圆周上。
9.根据权利要求8所述的多定位系统耦合的抗干扰卫星定位设备，其特征在于，还包括结构支架。
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