一种卫星导航监测系统及监测方法与流程

本发明涉及卫星导航技术领域，具体为一种卫星导航监测系统及监测方法。

背景技术：

卫星导航系统是采用导航卫星对地面、海洋、空中和空间用户进行导航定位的技术，利用太阳、月球和其他自然天体导航已有数千年历史，由人造天体导航的设想虽然早在19世纪后半期就有人提出，但直到20世纪60年代才开始实现，1964年美国建成“子午仪”卫星导航系统，并交付海军使用，1967年开始民用，1973年又开始研制“导航星”全球定位系统，苏联也建立了类似的卫星导航系统，法国、日本、中国也开展了卫星导航的研究和试验工作，卫星导航综合了传统导航系统的优点，真正实现了各种天气条件下全球高精度被动式导航定位，特别是时间测距卫星导航系统，不但能提供全球和近地空间连续立体覆盖、高精度三维定位和测速，而且抗干扰能力强，卫星导航系统由导航卫星、地面台站和用户定位设备三个部分组成，导航卫星：卫星导航系统的空间部分，由多颗导航卫星构成空间导航网，地面台站：跟踪、测量和预报卫星轨道并对卫星上设备工作进行控制管理，通常包括跟踪站、遥测站、计算中心、注入站及时间统一系统等部分，跟踪站用于跟踪和测量卫星的位置坐标，遥测站接收卫星发来的遥测数据，以供地面监视和分析卫星上设备的工作情况，计算中心根据这些信息计算卫星的轨道，预报下一段时间内的轨道参数，确定需要传输给卫星的导航信息，并由注入站向卫星发送，用户定位设备：通常由接收机、定时器、数据预处理器、计算机和显示器等组成，它接收卫星发来的微弱信号，从中解调并译出卫星轨道参数和定时信息等，同时测出导航参数，再由计算机算出用户的位置坐标和速度矢量分量，用户定位设备分为船载、机载、车载和单人背负等多种型式，卫星导航按测量导航参数的几何定位原理分为测角、时间测距、多普勒测速和组合法等系统，其中测角法和组合法因精度较低等原因没有实际应用，多普勒测速定位:“子午仪”卫星导航系统采取这种方法，用户定位设备根据从导航卫星上接收到的信号频率与卫星上发送的信号频率之间的多普勒频移测得多普勒频移曲线，根据这个曲线和卫星轨道参数即可算出用户的位置时间测距导航定位：“导航星”全球定位系统采用这种体制，用户接收设备精确测量由系统中不在同一平面的4颗卫星发来信号的传播时间，然后完成一组包括4个方程式的模型数学运算，就可算出用户位置的三维坐标以及用户钟与系统时间的误差，用户利用导航卫星所测得的自身地理位置坐标与其真实的地理位置坐标之差称定位误差，它是卫星导航系统最重要的性能指标，定位精度主要决定于轨道预报精度、导航参数测量精度及其几何放大系数和用户动态特性测量精度，轨道预报精度主要受地球引力场模型影响和其他轨道摄动力影响，导航参数测量精度主要受卫星和用户设备性能、信号在电离层、对流层折射和多路径等误差因素影响，它的几何放大系数由定位期间卫星与用户位置之间的几何关系图形决定，用户的动态特性测量精度是指用户在定位期间的航向、航速和天线高度测量精度；一般的卫星导航监测系统是对卫星传输的数据与地面基站的位置数据进行比较从而得出卫星导航是准确性；现有技术的卫星导航监测系统难以对卫星信号进行较为准确的接收工作，整合后的数据信息较为杂乱，监测数据容易出现误差，监测数据容易丢失，不便于工作人员对卫星进行准确的监测校准。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种卫星导航监测系统及监测方法，具备卫星信号接收能力强，易于对数据进行分析，监测数据不易丢失，信息处理误差小且便于工作人员分析等优点，解决了现有技术的卫星导航监测系统难以对卫星信号进行较为准确的接收工作，整合后的数据信息较为杂乱，监测数据容易出现误差，监测数据容易丢失，不便于工作人员对卫星进行准确的监测校准的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种卫星导航监测系统，包括信号接收模块，所述信号接收模块输出端与信号分析值采集模块的输入端电连接，所述信号分析值采集模块的输出端与数据比较模块的输入端电连接，所述数据比较模块的输出端与日志模块的输入端电连接，所述日志模块的输出端与显示模块的输入端电连接。

优选的，所述信号接收模块包括射频输入单元、射频数据整合单元、传感器单元、基带数字处理单元和信息输出单元，射频输入单元的输出端与射频数据整合单元的输出端电连接，传感器单元的输出端与基带数字处理单元的输入端电连接，射频数据整合单元和基带数字处理单元的输出端均与信号输出单元的输入端电连接。

优选的，所述信号分析值采集模块包括距离采集单元、平滑处理单元、惯性导航推算单元、导航数据融合单元和伪距分析值采集单元，距离采集单元的输出端与平滑处理单元的输入端电连接，平滑处理单元的输出端与平滑处理单元的输入端电连接，惯性导航推算单元的输出端与导航数据融合单元的输入端电连接，导航数据融合单元的输出端与伪距分析值采集单元的输入端电连接。

优选的，所述日志模块包括数据获取单元、数据整理单元、数据分组单元、数据存储单元、数据备份单元和数据输出单元，数据获取单元的输出端与数据整理单元的输入端电连接，数据整理单元的输出端与数据分组单元的输入端电连接，数据分组单元的输出端与数据存储单元的输入端电连接，数据存储单元的输出端与数据备份单元的输入端电连接，数据备份单元与数据输出单元电连接。

优选的，所述显示模块为led显示器，led显示器为惠普品牌的型号为e190i的十九英寸led显示器。

优选的，所述射频输入单元接收导航卫星信号并输出数字中频信号，再通过射频数据整合单元对数字中频信号进行整合。

优选的，所述数据备份单元对数据存储单元所存储的数据进行备份，并通过数据输出单元对显示单元进行信号传输。

优选的，所述传感器单元对当前接信号接收模块的速度、加速度和方向信息进行获取，基带处理单元通过传感器单元传输的信息进行数据处理。

优选的，所述数据获取单元对伪距分析值采集单元所采集的数据进行获取，数据整理单元对数据获取单元传输的数据进行整理，数据分组单元对整理好的数据进行分组。

此外，本发明的目的还在于提供一种卫星导航监测系统的监测方法，包括以下步骤：

1)信号接收：射频输入单元卫星所发出的射频信号进行接收，射频数据整合单元对接收到的射频信号进行数据整合，传感器单元对当前接信号接收模块的速度、加速度和方向信息进行获取，基带处理单元通过传感器单元传输的信息进行数据处理，信息输出单元将整合后的射频数据和基带处理单元的信号传输给信号分析采集模块。

2)信号分析：距离采集单元根据整合后的射频数据获取相应卫星的距离，平滑处理单元对卫星距离数据进行分析，从而得到卫星所监测到的位置信息，惯性导航推算单元通过对速度、加速度和方向信息进行推算，导航数据融合单元对当前信号接收模块的准确位置进行确定，伪距分析值采集单元对卫星所监测到的位置信息与当前信号接收模块所处的准确位置信息进行伪距分析。

3)数据比较；数据比较模块将卫星所监测到的信号接收模块位置信息与导航数据融合单元所确定的准确位置信息进行比较，并取得卫星所监测到的监测设备位置与实际监测设备位置间的数据误差。

4)数据记录：数据获取单元对数据比较模块所传输的比较信息进行获取，数据整合单元对获取的比较数据进行整合，数据分组单元对整合好的比较数据进行分组归纳，数据存储单元对分好组的数据进行储存，数据备份单元对数据存储单元内的数据进行备份，数据备份单元内的数据通过数据输出单元输出给显示模块。

5)数据显示：led显示器对数据输出单元所传输的数据进行显示。

优选的，在步骤(3)中，数据比较模块通过以下预设的方法将卫星所监测到的信号接收模块位置信息与导航数据融合单元所确定的准确位置信息进行比较：

步骤a1，将卫星所监测到的信号接收模块位置信息样本记录为x，x包含了n个维度的特征，记为：x＝[x1，x2，x3...xn]，n为大于1的正整数；

将导航数据融合单元所确定的准确位置信息样本记录为y，y包含了n个维度的特征，记为y＝[y1，y2，y3...yn]，n为大于1的正整数；

步骤a2，所述数据比较模块采用以下公式计算样本x与样本y中任意两个对应特征xi与yi的欧几里德距离d(xi，yi)：

其中，m为空间的维度数，i为小于等于n的正整数，d(xi，yi)的取值范围为【0,1】，d(xi，yi)的取值越小，代表两个对应特征xi与yi的相似度越高；

步骤a3，数据比较模块将上述得到的本x与样本y中任意两个对应特征xi与yi的欧几里德距离d(xi，yi)传递给数据获取单元。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种卫星导航监测系统及监测方法，具备以下有益效果：

1、该卫星导航监测系统及监测方法，通过射频输入单元、射频数据整合单元、传感器单元和基带数字处理单元配合使用，使得射频输入单元和射频数据整合单元对卫星信号进行接收，传感器单元和基带数字处理单元对信号接收模块的位置信号进行接收，从而进一步提高该系统对于卫星信号的接收性能，保证了信号接收模块位置信息的准确性。

2、该卫星导航监测系统及监测方法，通过距离采集单元、平滑处理单元、惯性导航推算单元和导航数据融合单元配合使用，使得导航数据融合单元对当前信号接收模块的准确位置进行确定，平滑处理单元对卫星所监测到的位置信息进行收集，从而进一步提高了该系统的数据分析效率，进一步降低了卫星导航信息出现误差的概率。

3、该卫星导航监测系统及监测方法，通过设置数据比较模块，使得该系统可以对卫星所监测到的信号接收模块位置信息与监测设备所处的准确位置信息进行比较，从而使得工作人员可以较为准确的得知卫星导航的监测误差，进一步降低了工作人员分析数据的工作压力。

4、该卫星导航监测系统及监测方法，通过数据获取单元、数据整理单元、数据分组单元、数据存储单元、数据备份单元和数据输出单元配合使用，使得数据存储单元对监测数据进行存储，数据备份单元对数据进行备份，从而进一步降低了监测数据丢失的概率，并使得工作人员可对较长时间内的监测数据进行分析研究。

附图说明

图1为本发明系统图；

图2为本发明信号接收模块原理系统图；

图3为本发明信号分析值采集模块原理系统图；

图4为本发明日志模块原理系统图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种卫星导航监测系统，包括信号接收模块，信号接收模块输出端与信号分析值采集模块的输入端电连接，信号分析值采集模块的输出端与数据比较模块的输入端电连接，数据比较模块的输出端与日志模块的输入端电连接，日志模块的输出端与显示模块的输入端电连接，通过设置数据比较模块，使得该系统可以对卫星所监测到的信号接收模块位置信息与监测设备所处的准确位置信息进行比较，从而使得工作人员可以较为准确的得知卫星导航的监测误差，进一步降低了工作人员分析数据的工作压力。

本发明中，为了进一步增强信号接收模块的信号接收性能，因此信号接收模块包括射频输入单元、射频数据整合单元、传感器单元、基带数字处理单元和信息输出单元，射频输入单元的输出端与射频数据整合单元的输出端电连接，传感器单元的输出端与基带数字处理单元的输入端电连接，射频数据整合单元和基带数字处理单元的输出端均与信号输出单元的输入端电连接，通过射频输入单元、射频数据整合单元、传感器单元和基带数字处理单元配合使用，使得射频输入单元和射频数据整合单元对卫星信号进行接收，传感器单元和基带数字处理单元对信号接收模块的位置信号进行接收，从而进一步提高该系统对于卫星信号的接收性能，保证了信号接收模块位置信息的准确性。

本发明中，为了进一步提高该系统的数据分析效率，因此信号分析值采集模块包括距离采集单元、平滑处理单元、惯性导航推算单元、导航数据融合单元和伪距分析值采集单元，距离采集单元的输出端与平滑处理单元的输入端电连接，平滑处理单元的输出端与平滑处理单元的输入端电连接，惯性导航推算单元的输出端与导航数据融合单元的输入端电连接，导航数据融合单元的输出端与伪距分析值采集单元的输入端电连接，通过距离采集单元、平滑处理单元、惯性导航推算单元和导航数据融合单元配合使用，使得导航数据融合单元对当前信号接收模块的准确位置进行确定，平滑处理单元对卫星所监测到的位置信息进行收集，从而进一步提高了该系统的数据分析效率，进一步降低了卫星导航信息出现误差的概率。

本发明中，为了进一步降低监测数据丢失的概率，因此日志模块包括数据获取单元、数据整理单元、数据分组单元、数据存储单元、数据备份单元和数据输出单元，数据获取单元的输出端与数据整理单元的输入端电连接，数据整理单元的输出端与数据分组单元的输入端电连接，数据分组单元的输出端与数据存储单元的输入端电连接，数据存储单元的输出端与数据备份单元的输入端电连接，数据备份单元与数据输出单元电连接，通过数据获取单元、数据整理单元、数据分组单元、数据存储单元、数据备份单元和数据输出单元配合使用，使得数据存储单元对监测数据进行存储，数据备份单元对数据进行备份，从而进一步降低了监测数据丢失的概率，并使得工作人员可对较长时间内的监测数据进行分析研究。

本发明中，为了进一步提高该系统的显示效果，因此显示模块为led显示器，led显示器为惠普品牌的型号为e190i的十九英寸led显示器，从而增强了该系统显示数据的效果，提高了该系统的工作效率。

本发明中，为了进一步提高该系统对卫星信号的接收能力，因此射频输入单元接收导航卫星信号并输出数字中频信号，再通过射频数据整合单元对数字中频信号进行整合，通过射频数据整合单元对数字中频信号进行整合工作，从而进一步提高了该系统对卫星信号的接收能力。

本发明中，为了进一步降低数据丢失的可能性，因此数据备份单元对数据存储单元所存储的数据进行备份，并通过数据输出单元对显示单元进行信号传输，通过设置数据备份单元，进一步降低了数据丢失的可能性。

本发明中，为了使得该系统可以准确得知监测设备所处的位置，因此传感器单元对当前接信号接收模块的速度、加速度和方向信息进行获取，基带处理单元通过传感器单元传输的信息进行数据处理，使得该系统可以通过传感器单元得到监测设备所处的准确位置。

本发明中，为了进一步提高该系统的监控数据整合能力，因此数据获取单元对伪距分析值采集单元所采集的数据进行获取，数据整理单元对数据获取单元传输的数据进行整理，数据分组单元对整理好的数据进行分组，通过设置数据分组单元，从而进一步提高了该系统的监控数据整合能力。

上述卫星导航监测系统监测方法如下：

1)信号接收：射频输入单元卫星所发出的射频信号进行接收，射频数据整合单元对接收到的射频信号进行数据整合，传感器单元对当前接信号接收模块的速度、加速度和方向信息进行获取，基带处理单元通过传感器单元传输的信息进行数据处理，信息输出单元将整合后的射频数据和基带处理单元的信号传输给信号分析采集模块。

2)信号分析：距离采集单元根据整合后的射频数据获取相应卫星的距离，平滑处理单元对卫星距离数据进行分析，从而得到卫星所监测到的位置信息，惯性导航推算单元通过对速度、加速度和方向信息进行推算，导航数据融合单元对当前信号接收模块的准确位置进行确定，伪距分析值采集单元对卫星所监测到的位置信息与当前信号接收模块所处的准确位置信息进行伪距分析。

3)数据比较；数据比较模块将卫星所监测到的信号接收模块位置信息与导航数据融合单元所确定的准确位置信息进行比较，并取得卫星所监测到的监测设备位置与实际监测设备位置间的数据误差。

4)数据记录：数据获取单元对数据比较模块所传输的比较信息进行获取，数据整合单元对获取的比较数据进行整合，数据分组单元对整合好的比较数据进行分组归纳，数据存储单元对分好组的数据进行储存，数据备份单元对数据存储单元内的数据进行备份，数据备份单元内的数据通过数据输出单元输出给显示模块。

5)数据显示：led显示器对数据输出单元所传输的数据进行显示。

该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220v市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。

在步骤(3)中，数据比较模块通过以下预设的方法将卫星所监测到的信号接收模块位置信息与导航数据融合单元所确定的准确位置信息进行比较：

步骤a1，将卫星所监测到的信号接收模块位置信息样本记录为x，x包含了n个维度的特征，记为：x＝[x1，x2，x3...xn]，n为大于1的正整数；

将导航数据融合单元所确定的准确位置信息样本记录为y，y包含了n个维度的特征，记为y＝[y1，y2，y3...yn]，n为大于1的正整数；

步骤a2，所述数据比较模块采用以下公式计算样本x与样本y中任意两个对应特征xi与yi的欧几里德距离d(xi，yi)：

其中，m为空间的维度数，本发明中空间的维度选择为3维空间，i为小于等于n的正整数，d(xi，yi)的取值范围为【0,1】，d(xi，yi)的取值越小，代表两个对应特征xi与yi的相似度越高；

步骤a3，数据比较模块将上述得到的本x与样本y中任意两个对应特征xi与yi的欧几里德距离d(xi，yi)传递给数据获取单元。

上述技术方案的技术效果为：分别将卫星所监测到的信号接收模块位置信息与导航数据融合单元所确定的准确位置信息汇总统计成独立的样本模式，并将两个样本中对应位置的特征进行比较，采用欧几里德距离计算公式进行比较相似度，并将相似度值实时记录和传递，方便后面的信息处理，采用欧几里德距离计算的方式考虑了空间中的各个位置的情况，距离越小，相似度越大，由于特征分量的纲量不一致，通常需要对各个分量进行标准化，使其与单位无关，欧几里德距离能够体现个体特征的绝对差异，便于对需要从维度的数值大小中体现差异的分析，刚好适用于本发明的导航监测系统，提高了统计的精确度。

综上所述，该卫星导航监测系统及监测方法，通过射频输入单元、射频数据整合单元、传感器单元和基带数字处理单元配合使用，使得射频输入单元和射频数据整合单元对卫星信号进行接收，传感器单元和基带数字处理单元对信号接收模块的位置信号进行接收，从而进一步提高该系统对于卫星信号的接收性能，保证了信号接收模块位置信息的准确性。

该卫星导航监测系统及监测方法，通过距离采集单元、平滑处理单元、惯性导航推算单元和导航数据融合单元配合使用，使得导航数据融合单元对当前信号接收模块的准确位置进行确定，平滑处理单元对卫星所监测到的位置信息进行收集，从而进一步提高了该系统的数据分析效率，进一步降低了卫星导航信息出现误差的概率。

该卫星导航监测系统及监测方法，通过设置数据比较模块，使得该系统可以对卫星所监测到的信号接收模块位置信息与监测设备所处的准确位置信息进行比较，从而使得工作人员可以较为准确的得知卫星导航的监测误差，进一步降低了工作人员分析数据的工作压力。

该卫星导航监测系统及监测方法，通过数据获取单元、数据整理单元、数据分组单元、数据存储单元、数据备份单元和数据输出单元配合使用，使得数据存储单元对监测数据进行存储，数据备份单元对数据进行备份，从而进一步降低了监测数据丢失的概率，并使得工作人员可对较长时间内的监测数据进行分析研究。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。