CN103499826B - 一种用于gps/北斗2代双***卫星导航接收机的分级无缝切换方法 - Google Patents

一种用于gps/北斗2代双***卫星导航接收机的分级无缝切换方法 Download PDF

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Abstract

一种用于GPS/北斗2代双***卫星导航接收机的分级无缝切换方法，包括如下步骤：获取并判断GPS、北斗2代双***的两路输出接口协议数据的有效性，完成初级判决输出，如两路数据均有效则计算GPS、北斗2代两***定位点的弧面距离差，完成中级判决输出，距离差小于门限值则根据位置精度完成高级判决输出。本发明提出的分级无缝切换算法，适用于双***或多***导航接收机，是一种针对单***可能出现的故障、安全、精度问题，兼具实时性与可靠性的导航***间切换策略。

Description

一种用于GPS/北斗2代双***卫星导航接收机的分级无缝切换方法
技术领域
本发明涉及GPS/北斗2代双***卫星导航接收机技术领域，具体涉及该双***接收机的分级无缝切换方法。
背景技术
卫星导航已广泛应用于航空、航天、航海、车载、气象、测绘、个人通信等领域的各类载体上，卫星导航设备应用最成熟广泛的是美国的GPS技术，作为最早的卫星导航***，GPS能覆盖全球，但其最初的设计目的是为美国国防服务的军事***，过度依赖此***，万一出现卫星信号中断等特殊情况，将会严重危害国家安全。鉴于此，世界各国都在发展自己的卫星导航***。如俄罗斯的GLONASS***、欧洲的GALILEO***、以及中国拥有自主知识产权的北斗二代卫星导航***。
早期的单***接收机在导航接收机电路故障、卫星***故障、安全策略上均未作任何考虑，目前的北斗/GPS双***兼容接收机的切换方案主要有以下两类：
第一类是在硬件上配置一键式切换开关，切换软件流程，需用户根据需要手动操作，本身不具备判决选择可靠的卫星***完成导航定位的自动控制策略，且执行***间切换的延时较长，有一段数据空白，如：
申请号为201020652590.3的专利就公开了一种北斗与GPS双***兼容接收机，该实用新型北斗与GPS双***兼容接收机可按照用户要求配置成单GPS接收方式，接收GPS卫星播发的L1频点导航信号，实现定位和测速功能；也可配置成单北斗接收方式，接收北斗卫星播发的B1频点导航信号，实现定位和测速功能；还可以配置成GPS与北斗双***方式，同时接收GPS与北斗的卫星信号。该方案只是两种***的选择和组合方式，没有引入双冗余容错热备份结构，无自动判决切换的策略，用户切换时的启动反应时间较长。申请号为201120295038.8的专利公开了一种双路双***四频点卫星导航兼容型定位定向接收机，包括两组电路结构完全相同，输出通道增益一致、相位一致的通道模块。该方案设计了一种双冗余的射频模块兼容双***多频点，没有针对接收机整机***的双冗余机制，无自动判决切换的策略。
第二类是一种双冗余备份***，具有智能状态切换功能，能够智能判别GPS和北斗接收***的稳定性，可以设置GPS或北斗为输出源，这种只是检测数据的可用性的一级判决方法。申请号为201110236901.7的专利就公开了一种北斗GPS双模授时接收设备及控制方法，包括天线、北斗模块、GPS模块，双模授时融合与自动切换模块，以及电源模块，实现对不同卫星导航***的授时定位信号的选择和切换，这里的控制方法主要针对信号的可用性，并无针对数据安全性和定位精度的多级判决机制，是一种最基本的切换方案。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供了一种用于GPS/北斗2代双***卫星导航接收机的分级无缝切换方法，能够解决单***可能出现的故障、安全、精度问题，使定位***具有较高的可靠性和自动无缝切换功能，无需人工干预。
本方法的基本工作原理是：接收双***两路最小功能模块的输出数据，进行分析计算和处理，形成控制信息，执行双冗余容错判决策略，控制保证接收机的可信输出。与一般双***或双通道接收机相比引入热冗余容错备份全***结构，切换灵活，实现实时切换，在无人值守的环境下能按照可靠性、安全性、精度策略自主选择一路卫星***的导航定位结果输出，也可以在一路卫星***失效的情况下用另一路卫星***保持正常工作。
本发明提出的一种用于GPS/北斗2代双***卫星导航接收机的分级无缝切换方法，依次包含如下步骤：
步骤一、获取并分析输出接口协议数据，提取自动判决所需要的关键信息字段；
步骤二、判断GPS、北斗2代双***的两路输出数据的有效性（受搜星速度、卫星失锁、人为干扰等因素影响），选择数据有效的支路输出，完成初级判决。如果两路数据均有效进入步骤三；
步骤三、进一步提取分析定位信息，计算GPS、北斗2代支路定位点的弧面距离差，弧面距离差大于等于门限值，选择北斗2代支路输出，完成中级判决，小于门限值，进入步骤四；
步骤四、进一步提取分析位置精度信息，选择位置精度高的支路输出最终结果，完成高级判决；
步骤五、输出结果延时保留，一次完整的分级自动判决过程完成，转到步骤一。
所述步骤一依次包括如下步骤：
1)分别接收GPS、北斗2代通路的输出接口协议数据；
2)找到每帧接口协议数据的开头，解析各类数据包；
3)从各类数据包中解析提取判决所用关键信息段。
所述步骤三依次包括如下步骤：
1)分别提取GPS、北斗2代两路输出的经纬度信息；
2)分离角度、分度信息；
3）将角度、分度单位换算成弧度单位；
4)将两路输出看成同一位置的两组不同定位结果，以经过此两定位点的地球圆周为基础，利用地球半径常数，计算两定位点之间的弧面距离，即过这两点的圆的劣弧长；
5)若弧面距离小于门限值，则选通GPS支路，若弧面距离大于等于门限值，则选通北斗2代支路。
本发明一种用于GPS/北斗2代双***卫星导航接收机的分级无缝切换方法的优点是与一般双***一键切换方式相比，本方法切换灵活，实现实时切换，在无人值守的环境下能按照可靠性和安全性策略自主选择一路卫星***的导航定位结果输出，也可以在一路卫星***失效的情况下用另一路卫星***保持正常工作，利用3级判决切换策略保证了较高的可靠性和实时无缝切换。
附图说明
附图1是本发明提出的一种用于GPS/北斗2代双***卫星导航接收机的分级无缝切换方法的总体流程图。
附图2是计算GPS、北斗2代支路定位点的弧面距离差流程图。
具体实施方式
下面结合附图，具体说明本发明的具体实施例。
附图1是本发明的总体流程图，分级无缝切换的工作步骤如下：
第一步：初始化，设置select信号，选通初始默认***，送显示观测程序接口，分别接收GPS、北斗2代两路的输出接口协议数据，对于每路数据，分别通过搜索帧头标示符，获取完整的一组数据，缓冲区设置500字节能保证循环刷新的一组数据能覆盖完整的关键信息段；
第二步：通过SearchHead函数找出一组数据中各组成帧的帧头，再通过ParseData函数解析出缓冲区中每一帧数据包，GetInfo函数根据具体一帧的协议格式提取分析判决所用关键信息段，将字符型关键信息段转化为数值型；
第三步：根据协议格式判断GPS、北斗2代双***的两路输出数据的有效性（即判断是否为空或者是否超出正常数值范围），选择数据有效的支路输出，完成初级判决。如果两路数据均有效，则转入下一步；
第四步：由GetInfo函数分别提取GPS、北斗2代两路输出的经纬度信息段，将字符型关键信息段转化为数值型；
第五步：分离角度、分度信息，将角度、分度单位换算成弧度单位；
第六步：将两路输出看成同一位置的两组不同定位结果，计算定位距离误差，具体算法是以经过此两定位点的地球圆周为基础，利用地球半径常数，计算两定位点之间的弧面距离，即过这两点的圆的劣弧长；
第七步：若弧面距离大于等于***容许的门限值，则选通北斗2代支路，完成中级判决，若弧面距离小于***容许的门限值，则转入下一步；
第八步：调用GetInfo函数进一步提取分析位置精度信息，选择位置精度高的支路输出最终结果，完成高级判决；
第九步：输出结果延时保留，一次完整的分级自动判决过程完成，转入第一步。
此外，上述第六步中，根据公知的几何学常识，在球面上两点距离足够近的情况下，可将弧面距离近似为欧氏距离，在没有预判距离误差门限的情况下，用弧面距离适用情况更广泛，但计算量大些。

Claims (2)

1.一种用于GPS/北斗2代双***卫星导航接收机的分级无缝切换方法，其特征在于依次包含如下步骤：
步骤一、获取并分析输出接口协议数据，提取自动判决所需要的关键信息字段；
步骤二、判断GPS、北斗2代双***的两路输出数据的有效性，选择数据有效的支路输出，完成初级判决；如果两路数据均有效进入步骤三；
步骤三、进一步提取分析定位信息，计算GPS、北斗2代支路定位点的弧面距离，弧面距离大于等于门限值，选择北斗2代支路输出，完成中级判决，小于门限值，进入步骤四；
步骤四、进一步提取分析位置精度信息，选择位置精度高的支路输出最终结果，完成高级判决；
步骤五、输出结果延时保留，一次完整的分级自动判决过程完成，转到步骤一；
所述步骤三依次包括如下步骤：
1)分别提取GPS、北斗2代两路输出的经纬度信息；
2)分离角度、分度信息；
3)将角度、分度单位换算成弧度单位；
4)将两路输出看成同一位置的两组不同定位结果，以经过此两定位点的地球圆周为基础，利用地球半径常数，计算两定位点之间的弧面距离，即过这两点的圆的劣弧长；
5)若弧面距离大于等于***容许的门限值，则选通北斗2代支路，完成中级判决，若弧面距离小于***容许的门限值，则转入步骤四。
2.根据权利要求1所述的一种用于GPS/北斗2代双***卫星导航接收机的分级无缝切换方法，其特征在于：所述步骤一依次包括如下步骤：
1)分别接收GPS、北斗2代通路的输出接口协议数据；
2)找到每帧接口协议数据的开头，解析各类数据包；
3)从各类数据包中解析提取判决所用关键信息段。
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