CN116559915A - 用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，属于无线通信技术领域，主要应用于露天矿山和港口。本发明提供的一种用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法解决了对卫星信号满天搜星导致终端冷启动定位时间长的技术问题。卫星星历注入方法包括以下步骤：在第一终端中预评估第一终端下载链路、GNSS下载链路和IGS下载链路，以筛选出符合预设标准的下载链路；基于筛选确定的下载链路下载与验证第一预设时间段内的广播星历数据，并基于验证结果确定有效广播星历数据；预处理有效广播星历数据筛选出健康卫星广播星历数据；基于健康卫星广播星历数据筛选出最优广播星历数据并封装组包；将封装组包的最优广播星历数据注入至第二终端。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法。
背景技术
目前，大多数GNSS接收机经常在冷启动时需要接收导航电文第1子帧、第2子帧和第3子帧得到时钟校正参数和广播星历参数后，才能完成第1颗卫星的锁定及定位，而每个子帧接收时间常常需要6秒。
根据GNSS接收机定位原理，终端完成冷启动到定位至少需要3颗卫星均完成前3个子帧的接收方可后方交会定位，由此经综合计算可知，传统GNSS接收机冷启动定位时长最快需要18秒。而目前的主流厂家所生产的GNSS接收机冷启动通常需要至少25秒时间。
同时，由于GNSS信号是一个CDMA（码分多址）信号，一般来说，GNSS接收机对卫星信号的搜索是一个“满天搜星”的过程，即要搜索天空中的所有卫星对应的伪随机码（即PRN号）。因此，当GNSS接收机从一个区域移动到距离至少500KM的区域时，首次冷启动定位会耗费较长时间，一般大于45秒。
因此，确有必要提供一种能够缩短用于后方交会定位的首颗卫星锁定时间且还能解决由于对卫星信号满天搜星而导致终端冷启动定位时间长的技术问题的一种用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本发明提供了一种用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，能够至少部分地解决由于对卫星信号满天搜星而导致终端冷启动定位时间长的技术问题。所述技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供了一种用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，所述卫星星历注入方法包括以下步骤：
在第一终端中预评估第一终端下载链路、GNSS下载链路和IGS下载链路，以筛选出符合预设标准的下载链路；
基于筛选确定的下载链路下载与验证第一预设时间段内的广播星历数据，并基于验证结果确定有效的广播星历数据；
预处理所述有效的广播星历数据，筛选出健康卫星的广播星历数据；
基于所述健康卫星的广播星历数据筛选出第一锁定卫星和最优广播星历数据，并封装组包所述最优广播星历数据；
将封装组包的所述最优广播星历数据注入至第二终端。
具体地，筛选出符合预设标准的下载链路的方法包括以下步骤：
判断基于第一终端下载链路、GNSS下载链路和IGS下载链路获取的第二预设时间段内的广播星历数据中的广播星历参数是否符合所述预设标准，
当广播星历参数符合所述预设标准时，则测试与其对应的下载链路的稳定性，
当所测试的下载链路为稳定链路时，则基于所测试的下载链路下载所述第一预设时间段内的广播星历数据，
当所测试的下载链路为不稳定链路时，则剔除所测试的下载链路；
当广播星历参数不符合所述预设标准时，则剔除与其对应的下载链路。
进一步地，所述第一终端下载链路基于第一终端的GPS模块获得所述广播星历数据，所述GNSS下载链路基于GNSS基站获得所述广播星历数据，所述IGS下载链路基于IGS站获得所述广播星历数据，
解析所述广播星历数据获得广播星历参数，
解析所述第一终端中的GNSS原始测量数据，获得所述第一终端当前位置的经纬度信息和解析后的导航电文信息，所述解析后的导航电文信息中的PRN数据为基于GNSS基站获得的第二预设时间段内的广播星历数据中的广播星历参数的PRN号，
解析基于IGS站获得的第二预设时间段内的广播星历数据获得与其对应的广播星历参数的PRN号，
解析基于GPS模块获得的第二预设时间段内的广播星历数据获得在当前位置的可视卫星的广播星历参数的PRN号。
具体地，所述预设标准包括：
基于所下载的多颗卫星的广播星历数据中的每颗卫星在某一参考时刻的广播星历参数满足预设格式；
所述某一参考时刻的广播星历参数的第二行数据期龄与第七行数据期龄一致；和
当所述第一终端的GNSS下载链路处于联通状态时，基于所述第一终端下载链路和所述IGS下载链路获得的广播星历数据中某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号与基于所述GNSS下载链路获得的广播星历数据中的所述某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号之间的相似度大于预设比例，或
当所述第一终端的GNSS下载链路处于非联通状态时，基于所述第一终端下载链路获得的广播星历数据中某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号与所述IGS下载链路获得的广播星历数据中的所述某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号之间的相似度大于预设比例。
优选地，确定有效的广播星历数据的方法包括以下步骤：
基于所下载的第一预设时间段内的广播星历数据验证所有的广播星历数据中的广播星历参数是否符合所述预设标准，以筛选出所有符合所述预设标准的广播星历数据；
基于链路选取优先级从筛选后的广播星历数据中筛选优先级最高的下载链路所下载的广播星历数据，获得所述有效的广播星历数据。
具体地，所述链路选取优先级从高到低依次为基于GNSS下载链路下载的第一预设时间段内的广播星历数据、基于IGS下载链路下载的第一预设时间段内的广播星历数据和基于第一终端下载链路下载的第一预设时间段内的广播星历数据。
优选地，广播星历参数包括参考时刻、PRN号、开普勒轨道参数、卫星钟差改正数、钟速以及钟速变化率，
预处理所述有效的广播星历数据，筛选出健康卫星的广播星历数据的方法包括以下步骤：
基于第一终端当前位置的经纬度信息和每颗卫星的广播星历数据通过后方交会法获得每颗卫星分别与所述第一终端之间的星地距离和每颗卫星的星地方位，
基于每颗卫星的星地距离、每颗卫星的星地方位和每颗卫星的开普勒轨道参数确定在当前位置处的多颗卫星中的可视卫星的PRN号和可视卫星的过境时刻；
基于所述可视卫星的PRN号筛选出所有的有效广播星历数据中的可视卫星的广播星历数据；
基于加权评估方法评估所有可视卫星的广播星历数据，从所有的可视卫星中筛选出所述健康卫星的广播星历数据。
更加优选地，所述加权评估方法包括以下步骤：
基于所述所有可视卫星的所述开普勒轨道参数确定所述所有可视卫星的卫星仰角；
基于所述卫星仰角与仰角预设权重获得所述所有卫星的加权仰角，并基于所述所有可视卫星的加权仰角按照从大到小的顺序排序获得卫星仰角序列；
基于所述所有可视卫星的广播星历数据获得所述所有可视卫星的信噪比；基于所述信噪比与信噪比预设权重获得所述所有可视卫星的加权信噪比，基于所述所有可视卫星的加权信噪比按照从大到小的顺序排序获得卫星信噪比序列；
基于所述所有可视卫星的卫星钟差改正数与钟差预设权重、钟速与钟速预设权重、钟速变化率与变化率预设权重以及星地距离与距离预设权重分别获得所有可视卫星的加权钟差改正数、加权钟速、加权钟速变化率以及加权星地距离；
基于所有可视卫星的加权钟差改正数、加权钟速、加权钟速变化率以及加权星地距离分别按照由小到大的顺序排序，并分别获得卫星钟差序列、卫星钟速序列、卫星钟速变化率序列和卫星星地距离序列；
基于所述卫星仰角序列、所述卫星信噪比序列、所述卫星钟差序列、所述卫星钟速序列、所述卫星钟速变化率序列和所述卫星星地距离序列从各序列中分别选取位于前N位的可视卫星以分别获得各个序列的预选健康卫星；
基于所述各个序列的预选健康卫星筛选出同时在所有序列中均位于所述前N位的可视卫星以获得所述健康卫星和与所述健康卫星对应的广播星历数据。
具体地，基于所述健康卫星的广播星历数据筛选出最优广播星历数据的方法包括以下步骤：
将所有的健康卫星的广播星历数据按照卫星过境时刻由先到后的顺序排序，获得健康卫星序列和健康卫星广播星历数据序列；
将所述健康卫星广播星历数据序列中位于第一位的广播星历数据为最优广播星历数据，所述最优广播星历数据所对应的卫星为所述第一锁定卫星。
具体地，以所述第一终端为圆心，以所述第一终端与所述第一锁定卫星之间的距离为半径，在所述健康卫星序列中搜索与所述第一锁定卫星星间距离最接近的至少两颗锁定卫星，
所述星间距离为基于所述健康卫星广播星历数据序列中对应的卫星的所述星地方位和所述开普勒轨道参数获得，
所述第一终端基于蓝牙模块将所述至少两颗锁定卫星的广播星历注入所述第二终端，所述第二终端基于所述第一锁定卫星和所述至少两颗锁定卫星的广播星历数据获得所述第二终端当前位置的经纬度信息。
根据本发明实施例的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法具有以下优点中的至少一个：
（1）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法能够解决由于对卫星信号满天搜星而导致终端冷启动定位时间长的技术问题；
（2）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法能够缩短用于后方交会定位的首颗卫星锁定时间，从而缩短了终端冷启动时间；
（3）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法通过对卫星星历数据的来源进行筛选和广播星历数据的预评估，避免了卫星星历数据注入失败；
（4）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法通过对卫星星历数据的来源进行筛选减少了大量冗余星历数据（例如，非可视卫星的星历数据）注入，从而避免了终端使用星历数据解算其定位信息失败或解算时间过长，进而缩短了终端冷启动时间；
（5）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法通过预先解析终端GPS下载链路下载的导航电文信息，使自身提前知晓当前所处位置（例如，经纬度），从而可以根据预装载的广播星历数据预判此刻过境卫星，从而有针对性卫星星历组包，进而减小了卫星星历封装组包数据量和注入量，继而减轻了终端定位的运行负担，并降低了功耗；
（6）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法通过对下载链路的多次筛选和对广播星历数据的多次筛选，避免了终端注入卫星星历不可用的风险，同时也避免了由于卫星星历不可用而延长冷启动时间的风险；
（7）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法通过终端与蓝牙模块组合，使得广播星历数据预注入更加便捷灵活。
附图说明
本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法的流程图；
图2是图1所示的第一终端接收和传输广播星历数据的通信原理图；
图3是图1所示的卫星星历注入方法的原理图；
图4是图1所示的广播卫星星历数据的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
在现有的星历注入技术中，有部分技术通过采用上位机与串口结合的方式向终端注入星历数据，而该类方案较为复杂，不利于应用的便捷性且也不利于大规模应用。还有部分技术是在终端注入星历时采用长期星历注入，即实际使用的星历数据为星历历书，而不是实时的广播星历数据，该星历历书中仅具有开普勒轨道6参数和钟差参数，并不包含摄动改正量，因此当使用GNSS接收机作为终端定位时，该技术不可使用。还有部分技术是通过RFID射频技术向GNSS接收机终端注入卫星星历数据，此技术具有两个应用痛点：（1）RFID射频会受到电磁波的干扰，容易造成丢包现象；（2）RFID射频的传输速率大约为8KB/S，这样的传输速率非常不利于数据量较大的卫星星历数据传输。
因此，本发明针对目前技术存在的缺陷和不足，提出了一种用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法。
参见图1，其示出了本发明的一个实施例的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法。该卫星星历注入方法包括以下步骤：
在第一终端中预评估第一终端下载链路、GNSS下载链路和IGS下载链路，以筛选出符合预设标准的下载链路；
基于筛选确定的下载链路下载与验证第一预设时间段内的广播星历数据，并基于验证结果确定有效的广播星历数据；
预处理所述有效的广播星历数据，筛选出健康卫星的广播星历数据；
基于所述健康卫星的广播星历数据筛选出最优广播星历数据，并封装组包所述最优广播星历数据；
将封装组包的所述最优广播星历数据注入至第二终端。
本文中术语“冷启动”应当被广义地理解为在一个陌生的环境下，终端从启动无线通信模块直到该无线通信模块与周围卫星联系并且计算出其自身坐标的启动过程。以下几种情况开机均属于冷启动：（1）初次使用终端时；（2）终端电池耗尽导致星历信息丢失时；（3）关机状态下将终端移动1000公里以上距离之后再次启动。由此可见，冷启动是终端启动到定位完成必经过程。
本文中术语“冷启动时间”应当被广义地理解为3颗卫星后方交会定位时间，它是衡量终端从开机到获得定位结果的时间指标。通常3颗卫星同步收取完导航电文（例如星历历书）第1、2、3个子帧（接收速率6秒/帧），耗时为18秒。而非注入应用的星历接收耗时通常会大于18秒，这是由于非注入的星历需要信号解调解扩进而更加耗时。
本文中术语“星历数据”应当被广义地理解为用于详细描述和定位卫星的全部的卫星轨道参数。
本领域技术人员应当明白，星历数据包括了卫星历书，由于卫星历书的卫星轨道参数仅为星历数据中的一部分，即为简略的卫星轨道参数，因此不能用于定位。通常，卫星历书包括10个卫星轨道参数，而星历数据包括16个卫星轨道参数。同时，该卫星历书的更新频率远远低于星历数据的更新频率。通常情况下，星历数据的更新周期为4小时/次，而卫星历书的更新周期为半年/次。在一个示例中，第一终端10可以为桌面式计算机，也可以是便携式计算机，还可以是嵌入式计算机。例如台式电脑、手机、掌上电脑、平板电脑、笔记本电脑、行车电脑、头戴式计算机等。所述第二终端可以与第一终端相同，也可以与第一终端不同。优选地，第一终端为手机，第二终端为矿用车辆，更加优选地，第二终端为矿用无人驾驶车辆。
在一个示例中，第一终端10和第二终端20均设置有蓝牙模块，第一终端10和第二终端20通过蓝牙模块传输广播星历数据。且第一终端10还设置有GPS模块，以接收自身的定位数据。
在一个示例中，第一终端10可以通过3条链路分别下载实时的广播卫星数据。该3条链路包括第一终端下载链路、GNSS下载链路和IGS下载链路。所述第一终端下载链路为通过第一终端10的GPS模块获得所述广播星历数据，所述GNSS下载链路基于GNSS基站获得实时的广播星历数据，所述IGS下载链路基于IGS站获得实时的广播星历数据。
在一个示例中，GNSS涵盖了多星座导航卫星系统。IGS是NASA组织形成的一个非实体模块，即一个数据库系统，主要通过网络向用户提供服务。用户可以通过FTP等形式获取不限于GNSS的相关数据。
在一个示例中，解析（例如，解算）广播星历数据可以获得广播星历参数。广播星历参数包括参考时刻、PRN号、开普勒轨道参数、卫星钟差改正数、钟速、钟速变化率、第一摄动改正量、第二摄动改正量、卫星定位精度、卫星健康状态、电离层延迟、周跳比、信噪比、钟跳、星间偏差、周跳模糊度以及PDOP精度因子。
在一个实例中，如图2所示，第一终端10设置有定位系统，该定位系统通过配置相应的网络接口来实现链路的联通和广播星历数据的获取。
例如，第一终端10通过GnssMeasurement接口的配置来实现GNSS下载链路的联通和GNSS原始测量数据的获取。之后解析所获取的GNSS原始测量数据，得到定位数据和导航电文二进制信息。之后基于PVT算法解算该定位数据，得到了第一终端10所处当前位置的经纬度信息，从而使第一终端10提前知晓了目前所在位置的经纬度，为后续预判过境卫星做好了准备，从而避免了满天搜星而造成冷启动耗时的问题，继而压缩了冷启动时间。
在第一终端10解析GNSS原始测量数据得到导航电文二进制信息后，解算该导航电文二进制信息得到Rinex格式的解算数据，该解算数据中含有传输该GNSS原始测量数据的卫星的PRN号。
例如，第一终端10设置有连续参考站数据输入接口，该输入接口基于配置的Ntrip协议来获取GNSS基站的差分信息（即RTK数据）。该RTK数据中包含有广播星历数据。第一终端10解析该广播星历数据，即可获得传播该RTK数据的卫星的PRN号。配置Ntrip协议可以通过配置IP地址、端口号、挂载点地址、用户名和密码等参数来实现。
例如，第一终端10中预设有URL站点，之后基于以太网接口通过配置TCP/IP协议来访问URL站点，从而链接IGS站的以获取广播星历数据。例如可以链接IGS站的美国CDDIS全球数据中心来获取广播星历数据，当然本领域技术人员也可以链接IGS站的其余5个全球数据中心来获取广播星历数据。之后解析该广播星历数据就可以得到传输该广播星历数据的卫星的PRN号。
结合图1-图3所示，当第二终端20有星历注入需求时，向与之连接的第一终端10通过送注入星历的请求，当第一终端10接收到第二终端20的请求时，打开定位系统（例如，安装在第一终端10上的app）。第一终端10分别尝试链接第一终端下载链路、GNSS下载链路（例如，GNSS基准站）和IGS下载链路确定各下载链路的联通状况，之后从联通的下载链路中下载第二预设时间段内的广播星历数据，并验证该第二预设时间段内的广播星历数据是否符合预设标准，从而剔除了不符合预设标准的下载链路，由此减少了后续处理卫星星历数据的数据量，进而缩短了锁定（即定位）第一颗卫星的时间，即缩短了冷启动的时间。
例如，第一终端10预检测出第一终端下载链路、GNSS下载链路和IGS下载链路中第一终端下载链路和GNSS下载链路可以联通，则通过上述两条下载链路下载第二预设时间段内的广播星历数据。当然，第一终端10也可能预检测出上述3条下载链路均可以联通，则从3条下载链路中下载第二预设时间段内的广播星历数据。
本领域技术人员可以明白，第二预设时间段内可以设置为15s、20s、30s，即第一终端10预先下载一小段广播星历数据，该一小段广播星历数据足以用于预评估对应下载链路所下载的广播星历数据的完整性等是否符合预设标准。也就是说，第二预设时间段内本领域技术人员可以根据实际需要来设置，只要下载的广播星历数据的数据量足以用于判断其是否符合预设标准即可。
例如，已联通的下载链路为GNSS下载链路和第一终端下载链路，第一终端10预先通过上述两个下载链路分别花费30s的时间下载一部分广播星历数据，用于验证该两个下载链路中所下载的广播行路数据的完整性和链路的稳定性。
在一个示例中，第一终端10将在每条预检测确定的下载链路中，下载多颗卫星的广播星历数据，且每颗卫星下载的广播星历数据为同一时间段内的广播星历数据。例如，每条链路中均下载约30颗卫星的广播星历数据，且每颗卫星下载的广播星历数据均是当前更新周期内或上一更新周期内的广播星历数据。在一个示例中，卫星的广播星历数据的更新周期为例如每2小时一次。
在一个实例中，如图4所示，下载的第二预设时间段内的广播星历数据需要同时满足以下3点，即预设标准包括：
（1）每条下载链路下载的多颗卫星的广播星历数据，且多颗卫星的广播星历数据中的每颗卫星在某一参考时刻的广播星历参数满足预设格式。例如，3条链路同时下载30颗卫星的广播星历数据，且每颗卫星的广播星历数据在参考时刻t的广播星历参数均是8行4列。
（2）某一参考时刻的广播星历参数的第二行数据期龄与第七行数据期龄一致。例如，每颗卫星的广播星历数据在参考时刻t时，其广播星历参数的第2行数据的期龄与第7行数据的期龄是完全一致的。
（3）当第一终端10的GNSS下载链路处于联通状态时，基于第一终端下载链路和IGS下载链路获得的广播星历数据中某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号与基于GNSS下载链路获得的广播星历数据中的所述某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号之间的相似度大于预设比例，或当第一终端的GNSS下载链路处于非联通状态时，基于第一终端下载链路获得的广播星历数据中某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号与IGS下载链路获得的广播星历数据中的所述某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号之间的相似度大于预设比例。
例如，当预检测时所确定的已联通下载链路为以下情形时，则广播星历数据的PRN号均以GNSS下载链路中的广播星历数据的PRN号比较。情形一：联通的下载链路包括GNSS下载链路、第一终端下载链路和IGS下载链路，情况二：联通的下载链路包括GNSS下载链路和第一终端下载链路，情形三：联通的下载链路包括GNSS下载链路和IGS下载链路。当第一终端下载链路和IGS下载链路的广播星历数据的PRN号与GNSS下载链路下载的广播星历数据的PRN号的相似度大于80%，则确定对应的下载链路所下载的广播星历数据符合预设标准第（3）条，否则确定对应的下载链路所下载的广播星历数据不符合预设标准第（3）条。
当预检测时所确定的已联通下载链路为第一终端下载链路和IGS下载链路时，即GNSS下载链路为非联通状态时，则将第一终端下载链路下载的广播星历数据中的PRN号，即解算导航电文信息得到的PRN号应当与IGS下载链路所下载的广播星历数据中的PRN号的相似度大于80%，则确定第一终端下载链路和IGS下载链路所下载的广播星历数据符合预设标准第（3）条。
本领域技术人员可以明白，预设比例可以大于80%，当然也可以设置为大于85%，也可以设置为不相似的比例小于20%、小于25%等。
当下载链路下载的广播星历数据满足预设标准第（1）-（3）条后，还应当测试下载链路的稳定性，当确定下载链路不稳定时，则剔除该不稳定的下载链路，以进一步减少后续冗余广播星历数据量，进而缩短第二终端20冷启动时间。
由此，筛选出符合预设标准的下载链路的方法包括以下步骤：
判断基于第一终端下载链路、GNSS下载链路和IGS下载链路获取的第二预设时间段内的广播星历数据中的广播星历参数是否符合所述预设标准：当广播星历参数符合所述预设标准时，则测试与其对应的下载链路的稳定性，当所测试的下载链路为稳定链路时，则基于所测试的下载链路下载所述第一预设时间段内的广播星历数据；当所测试的下载链路为不稳定链路时，则剔除该不稳定下载链路；当广播星历参数不符合所述预设标准时，则剔除与该不符合预设标准的广播星历参数相对应的下载链路。
在一个示例中，GNSS下载链路和IGS下载链路可以通过网络握手协议来验证下载链路稳定性。例如， GNSS下载链路下载广播星历数据时，第一终端10通过Ntrip1.0协议与GNSS基站握手发送建立连接请求并建立连接，之后GNSS基站向CORS服务器推送Range原始数据或RTCM数据，当第一终端10接收到的GNSS原始检测数据中具有Range原始数据，则第一终端10确定GNSS下载链路可以实时获取广播星历数据且GNSS下载链路为稳定链路。当GNSS原始检测数据为RTCM数据时，则确定GNSS下载链路不能实时获取广播星历数据，之后需要判断该RTCM数据中是否包含导航电文信息，当包含导航电文信息时，则确定GNSS下载链路为稳定链路，当不包含导航电文信息时，则确定GNSS下载链路为不稳定链路。
在一个示例中，IGS下载链路主要通过FTP进行广播星历数据的获取，通过 TCP 三次握手与FTP服务器端建立连接。对大陆地区IGS站点对应的数据URL进行循环握手验证来确定IGS下载链路的稳定性。
在一个示例中，第一终端下载链路通过GPS模块确定第一终端10的信号强弱来确定第一终端下载链路的稳定性。
经过上述重重筛选，可以得到较为稳定可靠的下载链路，从而避免了后续下载的广播星历数据不可用的风险。
在建立可靠的下载链路之后，第一终端10开始下载第一预设时间段内的完整的广播星历数据。例如，每个下载链路均下载30颗卫星的广播星历数据，且当卫星处于当前更新周期期间时，下载上一周期的广播星历数据当卫星处于当前更新周期时，下载当前实时更新的广播星历数据。也就是说，所下载的星历数据不再只是星历数据，还包括除星历以外的其他必要数据，即下载的星历数据为前一更新周期或当前更新周期的全部的广播星历数据。本领域技术人员可以明白，第一预设时间段为第一终端10下载前一更新周期或当前更新周期的广播星历数据所花费的时间，其可以设置为1min、1.5min、2min。
例如，GNSS下载链路会在2小时更新一次星历数据。GNSS基准站设备获取到最新一次更新的星历数据，差分数据服务商会根据业务需要持续重复向用户发送该星历数据。用户在2min内，可以将服务商发送的星历数据收取完毕。
在一个示例中，更新周期可以设置为30min/次、1小时/次、2小时/次、3小时/次等，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置。当卫星处于新一次的更新周期期间时（即更新间隔时间中），则下载上一周期获取的广播星历数据，当卫星正好处于当前更新周期时（即处于更新时间中），则更新实时广播星历数据。
当每个下载链路下载完所有的实时广播星历数据后，再次筛选验证本次下载的广播星历数据，以获得有效可靠的广播星历数据，即将不符合要求的广播星历数据剔除，以避免后续广播星历数据不可用。
确定有效的广播星历数据的方法包括以下步骤：
基于所下载的第一预设时间段内的广播星历数据验证所有的广播星历数据中的广播星历参数是否符合所述预设标准，以筛选出所有符合所述预设标准的广播星历数据；
基于链路选取优先级从筛选后的广播星历数据中筛选优先级最高的下载链路所下载的广播星历数据，获得所述有效的广播星历数据。
也就是说，首选需要将此次下载的所有广播星历数据按照验证上述第二时间段内的广播星历数据的预设标准进行验证，该验证方法和参考的预设标准与验证上述第二时间段内的广播星历数据的方法原理和标准完全一致，在此不再一一赘述。
在对各个下载链路所下载的所有的广播星历数据验证之后，剔除了不符合预设标准的广播星历数据，保留了符合预设标准的广播星历数据。之后基于链路选取优先级，再次从符合预设标准的广播星历数据中，选出有效的广播星历数据，即所选出的广播星历数据来自于最为可靠的下载链路同时所下载的数据符合预设标准，也就是说，最终得到了最为可靠的广播星历数据。
在一个示例中，所述链路选取优先级从高到低依次为基于GNSS下载链路下载的第一预设时间段内的广播星历数据、基于IGS下载链路下载的第一预设时间段内的广播星历数据和基于第一终端下载链路下载的第一预设时间段内的广播星历数据。
例如，当仅有GNSS下载链路和第一终端下载链路下载第一预设时间段内的广播星历数据（即完整的广播星历数据）时，将它们所下载的所有的广播星历数据依据预设标准进行筛选。当此时GNSS下载链路和第一终端下载链路所下载的完整的广播星历数据均符合预设标准时，则根据链路选取优先级来确定有效的广播星历数据。由于GNSS下载链路的优先级高于第一终端下载链路的优先级，则将GNSS下载链路所下载的广播星历数据确定为有效的广播星历数据。
在一个实例中，预处理所述有效的广播星历数据，筛选出健康卫星的广播星历数据的方法包括以下步骤：
基于第一终端当前位置的经纬度信息和每颗卫星的广播星历数据通过后方交会法获得每颗卫星分别与所述第一终端之间的星地距离和每颗卫星的星地方位；
基于每颗卫星的星地距离、每颗卫星的星地方位和每颗卫星的开普勒轨道参数确定在当前位置处的多颗卫星中的可视卫星的PRN号和可视卫星的过境时刻；
基于所述可视卫星的PRN号筛选出所有的有效广播星历数据中的可视卫星的广播星历数据；
基于加权评估方法评估所有可视卫星的广播星历数据，以从所有的可视卫星中筛选出所述健康卫星的广播星历数据。
在一个示例中，根据每颗卫星的广播星历数据解算出它们的WGS84坐标系经纬度数据，并根据第一终端10当前位置的经纬度信息和WGS84坐标系经纬度数据通过后方交会法计算得到每颗卫星分别与所述第一终端之间的星地距离和每颗卫星的星地方位。之后基于当前位置的经纬度信息确定出截至高度角（ELV）10°至天顶角之间的卫星星空的可视范围，然后基于该可视范围、每颗卫星的星地距离、每颗卫星的星地方位和每颗卫星的开普勒轨道参数可以获得在可视范围内的卫星的PRN号和可视范围内的卫星的过境时刻，基于这些PRN号找到的卫星为可视卫星。在可视范围外的卫星将视为未过境卫星而从有效卫星中被剔除，此时所保留的广播卫星数据只有可视卫星的有效广播卫星数据。通过这样的设计，进一步缩减了冷启动时间。
在一个示例中，可视卫星为位于可视范围内的卫星。在一个示例中，确定可视卫星的方法还可以基于第一终端10与卫星之间形成的仰角角度来确定。例如，当设第一终端10相对于地平面的卫星仰角角度为0时，第一终端10与卫星之间形成的卫星仰角角度位于0-90°的卫星仰角范围内，则确定为可视卫星。在一个示例中，后方交会法为基于可视卫星的卫星仰角和方位角来确定卫星的经纬度。星地距离为卫星与第一终端10之间的距离，第一终端10的经纬度经由GPS所下载的广播星历数据获得。星地距离通过卫星的经纬度和第一终端的经纬度计算获得。在一个示例中，方位角通过卫星的开普勒轨道参数计算获得。
在一个实例中，加权评估方法包括以下步骤：
基于所有可视卫星的开普勒轨道参数确定所有可视卫星的卫星仰角；
基于卫星仰角与仰角预设权重获得所述所有卫星的加权仰角，并基于所有可视卫星的加权仰角按照从大到小的顺序排序获得卫星仰角序列；
基于所有可视卫星的广播星历数据获得所有可视卫星的信噪比；基于信噪比与预设信噪比权重获得所有可视卫星的加权信噪比，基于所有可视卫星的加权信噪比按照从大到小的顺序排序获得卫星信噪比序列；
基于所有可视卫星的卫星钟差改正数与钟差预设权重、钟速与钟速预设权重、钟速变化率与变化率预设权重以及星地距离与距离预设权重分别获得所有可视卫星的加权钟差改正数、加权钟速、加权钟速变化率以及加权星地距离；
基于所有可视卫星的加权钟差改正数、加权钟速、加权钟速变化率以及加权星地距离分别按照由小到大的顺序排序，并分别获得卫星钟差序列、卫星钟速序列、卫星钟速变化率序列和卫星星地距离序列；
基于卫星仰角序列、卫星信噪比序列、卫星钟差序列、卫星钟速序列、卫星钟速变化率序列和卫星星地距离序列从各序列中分别选取位于前N位的可视卫星以分别获得各个序列的预选健康卫星；
基于各个序列的预选健康卫星筛选出同时在所有序列中均位于所述前N位的可视卫星以获得所述健康卫星和对应的健康卫星。
在一个示例中，仰角预设权重的设置范围可以为0.4~0.8，优选为0.7；
信噪比预设权重的设置范围可以为0.3~0.7，优选为0.6；
钟差预设权重的设置范围可以为0.15~0.5，优选为0.3；
钟速预设权重的设置范围可以为0.2~0.5，优选为0.3；
钟速变化率预设权重的设置范围可以为0.25~0.6，优选为0.25；
星地距离预设权重的设置范围可以为0.3~0.8，优选为0.75。
在一个示例中，N表示自然数，N的取值范围可以设置为3~20。当然N的取值可以根据筛选获得可视卫星的数量来确定，N的取值范围可以是可视卫星的总数的20分位 ~50分位。例如，当筛选后得到的可视卫星的总数是20颗，50分位为10，则N可以设置为10，即位于当前序列前10位的卫星筛选为预选健康卫星。当分别从卫星仰角序列、卫星信噪比序列、卫星钟差序列、卫星钟速序列、卫星钟速变化率序列和卫星星地距离序列中分别选出位于前10位的卫星时，所有序列的前10位的卫星构成了预选健康卫星。
之后筛选预选健康卫星，可以从中找出同时在每一个序列中都出现过的卫星作为健康卫星。例如预选健康卫星A、B、C、D和F中，只有A和C卫星同时出现在了卫星仰角序列、所述卫星信噪比序列、所述卫星钟差序列、所述卫星钟速序列、所述卫星钟速变化率序列和所述卫星星地距离序列中的每一个序列的前10位中，则将A和C卫星确定为健康卫星。
也就是说，通过此次加权评估筛选可以得到卫星定位精度更高、卫星健康状态更好、第一摄动改正量更小、第二摄动改正量更小、电离层延迟更小、周跳比更小、信噪比高且钟差更小的卫星的广播星历数据。例如，从所有的广播星历数据中选出4~6颗卫星的广播星历数据，该4~6颗卫星的广播星历数据为健康卫星的广播星历数据。
例如，将GNSS下载链路所下载的所有卫星的完整的广播星历数据首先基于第一终端10当前位置的经纬度信息从中选出可视卫星的广播星历数据，之后基于加权评估方法再次筛选出4~6颗可视卫星作为健康卫星，并将该4~6颗可视卫星的广播星历数据作为健康卫星的广播星历数据，通过这样的设计剔除了不健康的卫星，从而进一步加快了锁定第一颗卫星的时间，同时还降低了广播星历数据的数据量，缩短了冷启动时间。
在一个实例中，基于所述健康卫星的广播星历数据筛选出最优广播星历数据，包括以下步骤：
将所有的健康卫星的广播星历数据按照卫星过境时刻由先到后的顺序排序，获得健康卫星序列和健康卫星广播星历数据序列；
将所述健康卫星广播星历数据序列中位于第一位的广播星历数据为最优广播星历数据，所述最优广播星历数据所对应的卫星为所述第一锁定卫星。例如，将得到的6颗健康卫星的广播星历数据，按照它们的过境时刻（已经在前面计算得到）的先后顺序进行排序得到健康卫星序列和健康卫星广播星历数据序列，这样可以将最早过境的卫星的广播星历数据排列在最前面，将最晚过境的卫星的广播星历数据排列在最后面。之后，将最早过境的健康卫星的广播星历数据，即排名第一的广播星历数据确定为最优广播星历数据，该最优广播星历数据所对应的卫星确定为第一锁定卫星。
在一个示例中，获得最优广播星历数据时还可以基于预设的PRN优先级来确定广播星历数据的排序顺序。例如，当A卫星的PRN号的优先级高于C卫星的PRN号的优先级时，则确定A卫星的广播星历数据为最优广播星历数据，且确定A卫星为第一锁定卫星。
在一个示例中，在对第一锁定卫星的最优广播星历数据封装时，还可以同时封装来自于其他下载链路获得广播星历数据。例如，当最优广播星历数据为GNSS下载链路所下载的广播星历数据，封装时还可以同时封装GPS下载链路下载的广播星历数据，以作备用。
对第一锁定卫星的广播星历封装组包时，将其单个时刻的广播星历数据中的部分广播星历参数进行数据前置，以便让第二终端10定位运行时，可以更快更优地进行计算定位。例如，将单个时刻的广播星历数据的第17-24行广播星历参数提至第9-16行，同时将原第9-16行的广播星历参数放置第17-24行以实现数据前置。将组包封装后的第一锁定卫星的广播星历数据注入至第二终端20中，同时第一终端10可以基于第一锁定卫星搜索与其进行后方交会计算以定位第二终端20的至少两颗锁定卫星。
在一个实例中，在锁定了第1颗定位卫星，即确定了第一锁定卫星后，以第一终端10为圆心，以第一终端10与第一锁定卫星之间的距离为半径（例如，20公里、50公里）画圆，该圆形范围内的卫星星空即是所确定的搜星范围。基于该搜星范围和健康卫星序列中搜索与所述第一锁定卫星星间距离最接近的至少两颗锁定卫星。在一个示例中，至少两颗锁定卫星可以为2颗锁定卫星、3颗锁定卫星，即可以从搜星范围内且位于健康卫星序列中搜索与第一锁定卫星星间距离最为接近的2颗锁定卫星或者3颗锁定卫星。
当然本领域技术人员还可以综合考虑星地距离和过境时刻来确定可以用于与第一锁定卫星进行后方交会计算的第二锁定卫星和第三锁定卫星。之后将第二锁定卫星和第三锁定卫星的最优广播星历数据通过蓝牙模块注入至第二终端20，第二终端20基于第一锁定卫星、第二锁定卫星和第三锁定卫星的广播星历数据计算第二终端20当前位置的经纬度信息，从而完成了整个第二终端20的冷启动过程。
根据本发明实施例的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法具有以下优点中的至少一个：
（1）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法能够解决由于对卫星信号满天搜星而导致终端冷启动定位时间长的技术问题；
（2）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法能够缩短用于后方交会定位的首颗卫星锁定时间，从而缩短了终端冷启动时间；
（3）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法通过对卫星星历数据的来源进行筛选和广播星历数据的预评估，避免了卫星星历数据注入失败；
（4）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法通过对卫星星历数据的来源进行筛选减少了大量冗余星历数据注入，从而避免了终端使用星历数据解算其定位信息失败或解算时间过长，进而缩短了终端冷启动时间；
（5）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法通过预先解析终端GPS下载链路下载的导航电文信息，使自身提前知晓当前所处位置（例如，经纬度），从而可以根据预装载的广播星历数据预判此刻过境卫星，从而有针对性卫星星历组包，进而减小了卫星星历封装组包数据量和注入量，继而减轻了终端定位的运行负担，并降低了功耗；
（6）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法通过对下载链路的多次筛选和对广播星历数据的多次筛选，避免了终端注入卫星星历不可用的风险，同时也避免了由于卫星星历不可用而延长冷启动时间的风险；
（7）本发明提供的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法通过终端与蓝牙模块组合，使得广播星历数据预注入更加便捷灵活。
虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。
Claims (10)
1.一种用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，其中，
所述卫星星历注入方法包括以下步骤：
在第一终端中预评估第一终端下载链路、GNSS下载链路和IGS下载链路，以筛选出符合预设标准的下载链路；
基于筛选确定的下载链路下载与验证第一预设时间段内的广播星历数据，并基于验证结果确定有效的广播星历数据；
预处理所述有效的广播星历数据，筛选出健康卫星的广播星历数据；
基于所述健康卫星的广播星历数据筛选出第一锁定卫星和最优广播星历数据，并封装组包所述最优广播星历数据；
将封装组包的所述最优广播星历数据注入至第二终端。
2.根据权利要求1所述的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，其中，
筛选出符合预设标准的下载链路的方法包括以下步骤：
判断基于第一终端下载链路、GNSS下载链路和IGS下载链路获取的第二预设时间段内的广播星历数据中的广播星历参数是否符合所述预设标准，
当广播星历参数符合所述预设标准时，则测试与其对应的下载链路的稳定性，
当所测试的下载链路为稳定链路时，则基于所测试的下载链路下载所述第一预设时间段内的广播星历数据，
当所测试的下载链路为不稳定链路时，则剔除所测试的下载链路；
当广播星历参数不符合所述预设标准时，则剔除与其对应的下载链路。
3.根据权利要求2所述的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，其中，
所述第一终端下载链路基于第一终端的GPS模块获得所述广播星历数据，所述GNSS下载链路基于GNSS基站获得所述广播星历数据，所述IGS下载链路基于IGS站获得所述广播星历数据，
解析所述广播星历数据获得广播星历参数，
解析所述第一终端中的GNSS原始测量数据，获得所述第一终端当前位置的经纬度信息和解析后的导航电文信息，所述解析后的导航电文信息中的PRN数据为基于GNSS基站获得的第二预设时间段内的广播星历数据中的广播星历参数的PRN号，
解析基于IGS站获得的第二预设时间段内的广播星历数据获得与其对应的广播星历参数的PRN号，
解析基于GPS模块获得的第二预设时间段内的广播星历数据获得在当前位置的可视卫星的广播星历参数的PRN号。
4.根据权利要求2或3所述的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，其中，
所述预设标准包括：
基于所下载的多颗卫星的广播星历数据中的每颗卫星在某一参考时刻的广播星历参数满足预设格式；
所述某一参考时刻的广播星历参数的第二行数据期龄与第七行数据期龄一致；和
当所述第一终端的GNSS下载链路处于联通状态时，基于所述第一终端下载链路和所述IGS下载链路获得的广播星历数据中某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号与基于所述GNSS下载链路获得的广播星历数据中的所述某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号之间的相似度大于预设比例，或
当所述第一终端的GNSS下载链路处于非联通状态时，基于所述第一终端下载链路获得的广播星历数据中某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号与所述IGS下载链路获得的广播星历数据中的所述某一参考时刻的广播星历参数中的PRN号之间的相似度大于预设比例。
5.根据权利要求4所述的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，其中，
确定有效的广播星历数据的方法包括以下步骤：
基于所下载的第一预设时间段内的广播星历数据验证所有的广播星历数据中的广播星历参数是否符合所述预设标准，以筛选出所有符合所述预设标准的广播星历数据；
基于链路选取优先级从筛选后的广播星历数据中筛选优先级最高的下载链路所下载的广播星历数据，获得所述有效的广播星历数据。
6.根据权利要求5所述的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，其中，
所述链路选取优先级从高到低依次为基于GNSS下载链路下载的第一预设时间段内的广播星历数据、基于IGS下载链路下载的第一预设时间段内的广播星历数据和基于第一终端下载链路下载的第一预设时间段内的广播星历数据。
7.根据权利要求5所述的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，其中，
广播星历参数包括参考时刻、PRN号、开普勒轨道参数、卫星钟差改正数、钟速以及钟速变化率，
预处理所述有效的广播星历数据，筛选出健康卫星的广播星历数据的方法包括以下步骤：
基于第一终端当前位置的经纬度信息和每颗卫星的广播星历数据通过后方交会法获得每颗卫星分别与所述第一终端之间的星地距离和每颗卫星的星地方位，
基于每颗卫星的星地距离、每颗卫星的星地方位和每颗卫星的开普勒轨道参数确定在当前位置处的多颗卫星中的可视卫星的PRN号和可视卫星的过境时刻；
基于所述可视卫星的PRN号筛选出所有的有效广播星历数据中的可视卫星的广播星历数据；
基于加权评估方法评估所有可视卫星的广播星历数据，从所有的可视卫星中筛选出所述健康卫星的广播星历数据。
8.根据权利要求7所述的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，其中，
所述加权评估方法包括以下步骤：
基于所述所有可视卫星的所述开普勒轨道参数确定所述所有可视卫星的卫星仰角；
基于所述卫星仰角与仰角预设权重获得所述所有卫星的加权仰角，并基于所述所有可视卫星的加权仰角按照从大到小的顺序排序获得卫星仰角序列；
基于所述所有可视卫星的广播星历数据获得所述所有可视卫星的信噪比；基于所述信噪比与信噪比预设权重获得所述所有可视卫星的加权信噪比，基于所述所有可视卫星的加权信噪比按照从大到小的顺序排序获得卫星信噪比序列；
基于所述所有可视卫星的卫星钟差改正数与钟差预设权重、钟速与钟速预设权重、钟速变化率与变化率预设权重以及星地距离与距离预设权重分别获得所有可视卫星的加权钟差改正数、加权钟速、加权钟速变化率以及加权星地距离；
基于所有可视卫星的加权钟差改正数、加权钟速、加权钟速变化率以及加权星地距离分别按照由小到大的顺序排序，并分别获得卫星钟差序列、卫星钟速序列、卫星钟速变化率序列和卫星星地距离序列；
基于所述卫星仰角序列、所述卫星信噪比序列、所述卫星钟差序列、所述卫星钟速序列、所述卫星钟速变化率序列和所述卫星星地距离序列从各序列中分别选取位于前N位的可视卫星以分别获得各个序列的预选健康卫星；
基于所述各个序列的预选健康卫星筛选出同时在所有序列中均位于所述前N位的可视卫星以获得所述健康卫星和与所述健康卫星对应的广播星历数据。
9.根据权利要求7所述的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，其中，
基于所述健康卫星的广播星历数据筛选出最优广播星历数据的方法包括以下步骤：
将所有的健康卫星的广播星历数据按照卫星过境时刻由先到后的顺序排序，获得健康卫星序列和健康卫星广播星历数据序列；
将所述健康卫星广播星历数据序列中位于第一位的广播星历数据确定为最优广播星历数据，所述最优广播星历数据所对应的卫星为所述第一锁定卫星。
10.根据权利要求9所述的用于矿山卫星导航定位的卫星星历注入方法，其中，
以所述第一终端为圆心，以所述第一终端与所述第一锁定卫星之间的距离为半径，在所述健康卫星序列中搜索与所述第一锁定卫星星间距离最接近的至少两颗锁定卫星，
所述星间距离为基于所述健康卫星广播星历数据序列中对应的卫星的所述星地方位和所述开普勒轨道参数获得，
所述第一终端基于蓝牙模块将所述至少两颗锁定卫星的广播星历注入所述第二终端，所述第二终端基于所述第一锁定卫星和所述至少两颗锁定卫星的广播星历数据获得所述第二终端当前位置的经纬度信息。
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