多源卫星数据的融合方法及装置与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种多源卫星数据的融合方法及装置。

背景技术：

在北斗接收数据装置中，常使用指挥机及网络专线配合的形式接收卫星数据。其中，指挥机设备通过空中链路接收卫星数据；网络专线则连接到卫星总站，采用UDP数据包的形式接收卫星数据。

由于指挥机设备易于受到周围环境的影响，如遮挡、无线信号干扰，因此，丢失数据的情况比较严重。另外，UDP网络也存在丢失的情况。可见，任何一种数据接入设备或系统都存在数据丢失、不完整等情况，从而无法做到100％的数据完整，所以常使用多源方式(即多个接收设备同时接收数据的方式)来接收卫星数据，来实现可靠、稳定的北斗数据服务。

虽然通过多源方式接收数据会极大的提高系统的可靠性，但是，由于数据来源多源的原因，同时也带来了数据重复的现象，从而产生大量的冗余数据，给系统带来了很多不确定性以及很多干扰机的误判断。

针对现有技术中因采用多源方式接收北斗数据的数据重复问题，需要提供一种可以对多源数据进行数据融合，从而输出唯一的、健壮的北斗数据的方法及装置。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种多源卫星数据的融合方法及装置，对多源北斗数据进行汇集和融合处理，从而避免出现数据重复的问题。

为实现上述目的，本发明的一种多源卫星数据的融合方法，包括以下步骤：

S1、设置用于存放数据的缓存链表，分别连续获取由多个接收设备接收的卫星数据，并将卫星数据存储于缓存链表中作为缓存数据的至少一部分，卫星数据至少包括由多个接收设备中的一个接收设备在先接收的第一卫星数据与由多个接收设备中的另一个接收设备在后接收的第二卫星数据；

S2、根据各第一卫星数据与各第二卫星数据之间的字节长度相似度，确定各第一卫星数据与各第二卫星数据之间相互匹配的卫星数据作为融合数据。

进一步地还包括：

设置匹配等待周期，根据相互匹配的第一卫星数据与第二卫星数据的各自的接收时间间隔是否处于匹配等待周期范围内，确定融合数据为周期内融合数据或周期外融合数据；

在缓存链表中将周期内融合数据的冗余数据删除。

进一步地，还包括，设置匹配等待周期的初始值，并根据融合数据的接收时间间隔来动态更新匹配等待周期。

进一步地，确定的所述融合数据的接收时间间隔作为样本表中的样本信息，根据样本表中的当前样本信息更新匹配等待周期。

进一步地，匹配等待周期为样本表中的当前全部样本信息的数学期望值与标准方差值之和。

进一步地，还包括，设置最大等待周期，将缓存链表中存储时间大于最大等待周期的卫星数据删除。

进一步地，还包括，将确定为不匹配的卫星数据、周期外融合数据和周期内融合数据一起输出作为结果数据。

本发明的一种多源卫星数据的融合装置，其特征在于，包括：

数据缓存单元，配置为对分别连续获取的由多个接收设备接收的卫星数据进行存储作为缓存数据的至少一部分，卫星数据至少包括由多个接收设备中的一个接收设备在先接收的第一卫星数据与由多个接收设备中的另一个接收设备在后接收的第二卫星数据；

数据融合单元，配置为根据数据缓存单元内的各第一卫星数据与各第二卫星数据之间的字节长度相似度，确定各第一卫星数据与各第二卫星数据之间相互匹配的卫星数据作为融合数据。

进一步地，数据融合单元包括：

匹配模块，配置为确定各第一卫星数据与各第二卫星数据之间相互匹配的卫星数据；

融合数据确定模块，配置为设置匹配等待周期，并根据匹配模块确定的相互匹配的第一卫星数据与第二卫星数据的各自的接收时间间隔是否处于匹配等待周期范围内，确定融合数据为周期内融合数据或周期外融合数据；

冗余数据清理模块，配置为将数据缓存单元中的周期内融合数据的冗余数据删除。

进一步地，融合数据确定模块进一步配置为根据融合数据的接收时间间隔来动态更新匹配等待周期。

进一步地，数据缓存单元配置为将存储时间大于预定的最大等待周期的卫星数据删除。

进一步地，还包括数据输出单元，配置为将匹配单元确定为不匹配的卫星数据以及融合数据确定模块确定的周期外融合数据和周期内融合数据一起输出作为结果数据。

本发明的多源卫星数据的融合方法及装置，采用由多个接收设备接收卫星数据的方式，减少接收卫星数据时的数据缺失；在获取卫星数据后，根据由一个接收设备在先接收的各第一卫星数据与由另一个接收设备在后接收的各第二卫星数据之间的字节长度相似度，判断各第一卫星数据与各第二卫星数据的匹配程度，并且将各第一卫星数据与各第二卫星数据之间相互匹配的卫星数据作为融合数据，实现对接收到的多源卫星数据进行融合，从而防止输出的卫星数据出现大量的冗余数据的现象。

附图说明

图1为本发明的多源卫星数据的融合方法的流程图；

图2为本发明的多源卫星数据的融合方法的一种实施例的流程示意图；

图3为图2所示实施例的运行结果示意图；

图4为本发明的多源卫星数据的融合装置的示意性框图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1所示，本发明的一种多源卫星数据的融合方法，包括以下步骤：

S1、设置用于存放数据的缓存链表，分别连续获取由多个接收设备接收的卫星数据，并将卫星数据存储于缓存链表中作为缓存数据的至少一部分，卫星数据至少包括由多个接收设备中的一个接收设备在先接收的第一卫星数据与由多个接收设备中的另一个接收设备在后接收的第二卫星数据。

其中，缓存链表除了用于暂时存放待处理的卫星数据以外，还是数据处理的容器。当一个卫星数据到达后，可以在缓存链表内对其进行相应的数据处理，并且根据处理结果在缓存链表内清除或者增加相应的卫星数据。在对缓存链表进行清除或者增加卫星数据的操作时，同时对卫星数据构成的缓存数据进行更新，保证缓存链表以及缓存数据的大小可以根据数据处理的结果动态变化，从而可以降低系统的负载压力、提高系统运行效率。

在本发明实施例中，卫星数据至少包括由多个接收设备中的一个接收设备在先接收的第一卫星数据与由多个接收设备中的另一个接收设备在后接收的第二卫星数据。在本发明另一个实施例中，卫星数据还可以包括卫星数据的接收时间和来源等的数据内容。卫星数据的接收时间，用以计算该卫星数据与其他卫星数据之间的接收时间间隔以及该卫星数据存储于缓存链表中的存储时间；卫星数据的来源，用以判断该卫星数据与其他卫星数据之间是同源数据还是异源数据，同源数据即该卫星数据与其他卫星数据为由同一个接收设备获取的卫星数据，异源数据即该卫星数据与其他卫星数据为由不同接收设备获取的卫星数据。

S2、根据各第一卫星数据与各第二卫星数据之间的字节长度相似度，确定各第一卫星数据与各第二卫星数据之间相互匹配的卫星数据作为融合数据。

由于同源数据是由同一个接收设备按时间连续获取的卫星数据，因此不会出现数据重复的现象，而异源数据是由多个不同的接收设备同步地连续获取的卫星数据，只可能存在极小量的数据不一致的情况，此时，获取的异源数据即会出现大量的数据重复的现象。因此，只需要判断异源数据之间是否相互匹配，即可判断是否接收到了重复的数据。

在本发明实施例中，可以通过对第一卫星数据和第二卫星数据的字节长度进行对比分析，根据卫星数据的字节长度相似度Sim判断第一卫星数据和第二卫星数据之间是否相互匹配，从而识别是否在接收到在后接收的第二卫星数据之前已经收到相似度很高的在先接收的第一卫星数据，并将其作为融合数据。

具体地，首先，将第一卫星数据和第二卫星数据分别看做两个向量进行处理，将第一卫星数据和第二卫星数据中的每一个字节分别看做对应的向量中的一个维度。然后，再通过欧式距离计算出第一卫星数据和第二卫星数据对应的向量之间的距离d。

字节长度相似度Sim以及距离d的计算公式为：

其中，VC_i、VN_j分别代表第一卫星数据、第二卫星数据。

由于第一卫星数据VC_i、第二卫星数据VN_j可能出现字节长度不一致的情况，因此，采用首对齐的方式进行字节长度的对比，即将第一卫星数据VC_i、第二卫星数据VN_j的第一字节对齐，然后再对两条卫星数据的字节长度进行比较。

此时，会出现第一卫星数据VC_i的字节长度大于第二卫星数据VN_j(见表1)、第一卫星数据VC_i的字节长度小于第二卫星数据VN_j(见表2)、第一卫星数据VC_i的字节长度等于第二卫星数据VN_j的三种情况(见表3)。当第一卫星数据VC_i、第二卫星数据VN_j的字节长度不一致时，一般采取平均值128作为虚拟字节差值。

表1 VC_i与VN_j字节对比结果表(1)

表2 VC_i与VN_j字节对比结果表(2)

表3 VC_i与VN_j字节对比结果表(3)

从上述分析可得知，d(VC_i,VN_j)∈[0,∞)；Sim(VC_i,VN_j)∈(0,1]。当距离d(VC_i,VN_j)越大时，字节长度相似度Sim(VC_i,VN_j)越小，此时第一卫星数据VC_i、第二卫星数据VN_j的差别就越大。当Sim(VC_i,VN_j)＝1时，表示第一卫星数据VC_i、第二卫星数据VN_j的字节长度完全一致。

在本发明实施例中，当字节长度相似度Sim(VC_i,VN_j)大于或等于99.5％时，即可确定第一卫星数据与第二卫星数据之间相互匹配，并将相互匹配的第一卫星数据与第二卫星数据作为融合数据。

在本发明另一实施例中，还包括设定匹配等待周期，根据相互匹配的第一卫星数据与第二卫星数据的各自的接收时间间隔是否处于匹配等待周期范围内，确定融合数据为周期内融合数据或周期外融合数据；在缓存链表中将周期内融合数据的冗余数据删除。

为方便后续描述，匹配等待周期可以表示为T_wait。

设定动态的匹配等待周期的原因是，由于接收设备可能受到干扰，可能存在接收设备不稳定的因素，这时候会造成不同接收设备接收到的卫星数据到达时间可能不一致。另外，由于不同接收设备根据当前的负载不同，数据到达时间也会有变化。导致不同接收设备接收到可能相同或者相互匹配的卫星数据的接收时间可能不一致。因此，可以设置匹配等待周期，然后在判断出融合数据时，根据融合数据的接收时间间隔是否在匹配等待周期内，确定是否删除该融合数据的冗余数据，从而实现数据的融合。

但是，如果在数据融合算法中设定固定的匹配等待周期，在负载变化的情况下，会造成大量的数据误判，使得融合失效。为此需要设置动态的匹配等待周期，使匹配等待周期随着系统当前的运行情况和数据处理情况动态调整。此时，可以先设置匹配等待周期的初始值，并根据融合数据，即已匹配的第一卫星数据与第二卫星数据的接收时间间隔来动态更新匹配等待周期，从而使本发明中的匹配等待周期随着数据处理的进行而动态变化。

在本发明实施例中，对所述匹配等待周期的更新包括：设置样本表，获取预定数量个最新确定的融合数据的接收时间间隔作为样本表中的样本信息，根据样本表中的当前样本信息更新匹配等待周期。其中，匹配等待周期可以例如为样本表中的当前全部样本信息的数学期望值与标准方差值之和。本发明实施例中，样本表中样本信息的数量可以大于或等于10个。

如表4所示，以样本信息的数量为10个时为例，此时，可以在样本信息的数量最少时，获得相对可靠的匹配等待周期，从而减小系统的运算工作量。当样本链表满的时候，将最先存储于样本表中的样本信息取出，并放入最新获取的样本信息。即将表4中的第一位样本信息移出，其他样本信息依次前移一位，新的样本信息放入最后一位。而被移除的样本信息不输出为融合成功数据，因为该样本信息在进入样本表之前已经被记录过一次。

表4相互匹配的两卫星数据的获取时间间隔样本表

当系统装置首次启动时，此时样本表为空，默认匹配等待周期T_wait等于所设置的初始值，然后采集相互匹配第一卫星数据与第二卫星数据的接收时间作为样本信息，依次放入样本表中进行计算。

其中，接收时间间隔(单位秒)的计算公式为：T＝|TC_i-TN_j|。

由于接收时间间隔为离散样本数据，因此其数学期望为其方差为其标准方差为

根据当前时间的样本内对应数量的样本信息计算E(T)和σ后，计算新的匹配等待周期：T_wait＝E(T)+σ。

从上述计算过程可知，由于匹配等待周期T_wait包含数学期望E(T)及标准方差σ，因此，匹配等待周期T_wait可以随着负载的变化而变化，从而反映系统当前负载变化的情况。

但是，并非将全部的融合数据的冗余数据删除，只有当融合数据的接收时间间隔处于匹配等待周期的范围内时，被确定为周期内融合数据的情况下，才将该周期内融合数据的冗余数据删除。而对于接收时间间隔处于匹配等待周期范围外的周期外融合数据，保留其冗余数据。在本发明的一个实施例中，冗余数据可以为被匹配的卫星数据中在先获取的卫星数据。

在本发明实施例中，当一条第一卫星数据和一条第二卫星数据的字节长度的相似度大于99.5％时，便可认为该第一卫星数据与该第二卫星数据之间相互匹配，即此时该第一卫星数据和该第二卫星数据被确定为融合数据。

在本发明另一实施例中，还包括，设置最大等待周期，将缓存链表中存储时间大于最大等待周期的卫星数据删除。即每次系统获取到新的卫星数据时，都会判断已经存储于缓存链表中卫星数据的存储时间是否大于最大等待周期，如果大于最大等待周期，则在缓存链表中删除该条卫星数据，从而得到新的缓存数据。

由于系统的负载及运算能力有限，过多的卫星数据存放于缓存链表中时，会导致存储及运算的工作量增大，并且，对接收时间过早的卫星数据进行后续数据处理，其对数据处理结果没有意义，只能增加系统的运行负担。因此，设置最大等待周期，在缓存链表中仅保存和处理存储时间在最大等待周期内的卫星数据，不但可以降低系统的负载和运算工作量，还提高系统的效率，从而提高融合的效率以及融合结果的准确性。

在本发明实施例中，最大等待周期可以为操作者设置的固定值，为方便后续描述，最大等待周期可以表示T_MAX。

在本发明另一实施例中，还可以将确定为不匹配的卫星数据、周期外融合数据和周期内融合数据一起输出作为结果数据。除此之外，还可以根据需要，将各接收装置接收到的数据数量、各接收装置接收的被保留的周期内融合数据数量、各接收装置接收的非冗余数据的周期外融合数据数量、以及不匹配的卫星数据、周期外融合数据和周期内融合数据的数量一起作为结果数据输出。

如图2所示，是本发明的多源卫星数据的融合方法的一个实施例。在此实施例中，接收设备为2台，分别为指挥机和网络专线，在其他实施例中，接收设备的数量还可以更多，但融合方法及原理与本实施例相同。设置最大等待周期为匹配等待周期的初始值、样本信息数量为10个，并且设置当相似度大于99.9％时，确定第一卫星数据与第二卫星数据匹配。

本实施例的具体运算过程为当接收到卫星数据时，先判断缓存链表内是否有缓存数据，当缓存链表为空时，直接将该卫星数据存储于缓存链表中，当缓存链表内不为空时，先依次判断缓存链表中存储的各卫星数据的存储时间是否大于最大等待周期，并删除存储时间大于最大等待周期的卫星数据；然后判断缓存链表中剩余的卫星数据的来源，依次判断由与该条接收到的卫星数据不同的接收设备接收的卫星数据是否与该条接收到的卫星数据之间相互匹配，若相匹配，将两条卫星数据作为融合数据；最后，判定融合数据的接收时间间隔是否在匹配等待周期的范围内，将周期内融合数据的冗余数据删除，并将最新的全部融合数据的接收时间间隔放入样本表中，更新匹配等待周期。

根据上述实施例，可以得到如图3所示的运行结果。当系统运行233秒后，可以将数据汇总如表5所示：

表5系统运行结果数据汇总表

通过上表可以得知，网络专线获得的数据相对指挥机获得的数据到达快，大部分都是指挥机获得的数据去融合匹配网络专线获得的数据，融合匹配了1400条。匹配等待周期外融合的数据反应了系统的动态变化情况，在匹配等待周期外融合的数据仅占全部融合数据的2.6％，而另外97.4％的数据都能在匹配等待周期内进行融合。

同时也能看出，通过任一种接收设备都存在数据丢失的情况，采用本发明的多源卫星数据的融合方法对多源设备接收到的卫星数据进行梳理、汇集、融合处理后统一输出的数据效果远远好于单源设备，从而提高了系统的可靠性，弥补了单源数据丢失等缺点。

如图4所示，本发明的一种多源卫星数据的融合装置，包括数据缓存单元和数据融合单元，数据缓存单元用于获取并存储有多个接收设备接收的卫星数据，数据融合单元对数据缓存单元内的已接受到卫星数据进行数据处理。

其中，数据缓存单元，配置为对分别连续获取的由多个接收设备接收的卫星数据进行存储作为缓存数据的至少一部分，卫星数据至少包括由多个接收设备中的一个接收设备在先接收的第一卫星数据与由多个接收设备中的另一个接收设备在后接收的第二卫星数据。缓存数据可以根据后续的数据处理进行清除或者增加卫星数据的数据更新，保证缓存数据的大小可以根据数据处理的结果动态变化，从而可以降低系统的负载压力、提高系统运行效率。

在本发明实施例中，作为缓存数据的卫星数据至少包括卫星数据的接收时间和来源等的数据内容。卫星数据的接收时间，用以计算该卫星数据与其他卫星数据之间的接收时间间隔以及该卫星数据存储于缓存链表中的存储时间；卫星数据的来源，用以判断该卫星数据与其他卫星数据之间是同源数据还是异源数据。

在本发明实施例中，由于系统的负载及运算能力有限，过多的卫星数据存放于缓存链表中时，会导致存储及运算的工作量增大，并且，对接收时间过早的卫星数据进行后续数据处理，其对数据处理结果没有意义，只能增加系统的运行负担。因此，设置最大等待周期，数据缓存单元配置为将存储时间大于预定的最大等待周期的卫星数据删除，以降低系统的负载并提高数据处理的效率。

数据融合单元，配置为根据数据缓存单元内的各第一卫星数据与各第二卫星数据之间的字节长度相似度，确定各第一卫星数据与各第二卫星数据之间相互匹配的卫星数据作为融合数据。

在本发明实施例中，当字节长度相似度Sim(VC_i,VN_j)大于或等于99.5％时，即可确定第一卫星数据与第二卫星数据之间相互匹配，并将相互匹配的第一卫星数据与第二卫星数据作为融合数据。

在本发明实施例中，数据融合单元包括匹配模块、融合数据确定模块和冗余数据清理模块。

具体地，匹配模块，配置为确定各第一卫星数据与各第二卫星数据之间相互匹配的卫星数据。融合数据确定模块，配置为设置匹配等待周期，并根据匹配模块确定的相互匹配的第一卫星数据与第二卫星数据的各自的接收时间间隔是否处于匹配等待周期范围内，确定融合数据为周期内融合数据或周期外融合数据。冗余数据清理模块，配置为将数据缓存单元中的周期内融合数据的冗余数据删除。

在本发明另一个实施例中，融合数据确定模块进一步配置为根据融合数据的接收时间间隔来动态更新匹配等待周期。此时，可以先设置匹配等待周期的初始值，并根据融合数据，即已匹配的第一卫星数据与第二卫星数据的接收时间间隔来动态更新匹配等待周期，从而使本发明中的匹配等待周期会随着数据处理的结果进行动态变化。

在本发明另一个实施例中，还包括数据输出单元，配置为将匹配单元确定为不匹配的卫星数据以及融合数据确定模块确定的周期外融合数据和周期内融合数据一起输出作为结果数据。除此之外，还可以根据需要，将各接收装置接收到的数据数量、各接收装置接收的被保留的周期内融合数据数量、各接收装置接收的非冗余数据的周期外融合数据数量、以及不匹配的卫星数据、周期外融合数据和周期内融合数据的数量一起作为结果数据输出，以方便操作人员对于数据融合处理的效果进行判断。

以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。