一种卫星信号强度评估方法、装置、GNSS接收机及介质

技术领域

本申请涉及通信技术领域，特别涉及一种卫星信号强度评估方法、装置、GNSS接收机及介质。

背景技术

GNSS(即Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)接收机中信噪比是由对应底噪的比例来确定的，信噪比为评估卫星信号强度的指标。接收机包括捕获和跟踪两部分，均对卫星信号的强度量级差异敏感，如果卫星星号估计强度与实际强度存在偏差，可能导致捕获和跟踪的精度损失，影响系统定位结果。估计强度低于实际值，可能导致捕获额外耗时，码片和频偏跟踪抖动大；估计强度高于实际值，可能导致捕获失败，跟踪失锁的情况。现有技术通常跟踪复用捕获的底噪计算结果，进行时间长度上的折算。如果捕获和跟踪的输入数据存在量化量级差异时，捕获的底噪估计值不能被跟踪使用，并且，现有技术中通常在可见星的时域或频域中过滤出底噪，但可见星相关峰影响底噪估计精度。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种卫星信号强度评估方法、装置、GNSS接收机及介质，能够提升底噪计算的准确度，进而提升卫星信号强度评估的准确度，从而提升卫星定位精度。其具体方案如下：

第一方面，本申请公开了一种卫星信号强度评估方法，应用于GNSS接收机，包括：

确定目标不可见星对应的目标跟踪底噪；

基于所述目标跟踪底噪评估所述GNSS接收机跟踪的目标可见星的卫星信号强度；其中，所述目标可见星与所述目标不可见星为同一卫星导航系统的同一频段的卫星。

可选的，所述确定目标不可见星对应的目标跟踪底噪，包括：

获取所述目标不可见星对应的配置数据；

基于所述配置数据对所述目标不可见星进行跟踪，得到对应的自相关结果数据；

利用所述自相关结果数据确定所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪。

可选的，所述基于所述配置数据对所述目标不可见星进行跟踪，得到对应的自相关结果数据；利用所述自相关结果数据确定所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪，包括：

基于目标不可见星对应的配置数据对所述目标不可见星进行跟踪，每得到一次自相关结果，则将基于该自相关结果确定对应的底噪值，利用线性滤波器平滑当前底噪值，直到跟踪结束，得到所述目标跟踪底噪。

可选的，所述利用线性滤波器平滑当前底噪值，包括：

确定当前底噪值与基于上一相关结果确定的底噪值之间的差值；

利用所述差值调整所述线性滤波器的权重；

利用调整权重后的所述线性滤波器平滑当前底噪值。

可选的，所述获取所述目标不可见星对应的配置数据，包括：

获取所述目标不可见星对应的本地码、码片范围、载波相位范围和导航电文数据周期，或本地码、码片组、载波相位组和导航电文数据周期。

可选的，所述利用所述自相关结果数据确定所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪，包括：

在对所述目标可见星跟踪之前的预设时间内利用所述自相关结果数据确定所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪。

可选的，所述确定目标不可见星对应的目标跟踪底噪，包括：

当接收到不可见星的卫星信号，则确定该不可见星对应的跟踪底噪，并记录对应的系统频段信息；

基于所述目标可见星对应的卫星导航系统和频段从已确定出的不可见星的跟踪底噪中基于所述系统频段信息匹配出所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪。

第二方面，本申请公开了一种卫星信号强度评估装置，应用于GNSS接收机，包括：

目标跟踪底噪确定模块，用于确定目标不可见星对应的目标跟踪底噪；

卫星信号强度评估模块，用于基于所述目标跟踪底噪评估所述GNSS接收机跟踪的目标可见星的卫星信号强度；其中，所述目标可见星与所述目标不可见星为同一卫星导航系统的同一频段的卫星。

第三方面，本申请公开了一种GNSS接收机，包括：

存储器，用于保存计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序，以实现前述的卫星信号强度评估方法。

第四方面，本申请公开了一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的卫星信号强度评估方法。

可见，本申请先确定目标不可见星对应的目标跟踪底噪；基于所述目标跟踪底噪评估所述GNSS接收机跟踪的目标可见星的卫星信号强度；其中，所述目标可见星与所述目标不可见星为同一卫星导航系统的同一频段的卫星。也即，本申请跟踪不复用捕获底噪，利用与可见星同一卫星导航系统同一频段的不可见星的跟踪底噪，对可见星进行卫星信号强度估计，这样，可以去除可见星相关峰对于底噪计算的影响，能够提升底噪计算的准确度，进而提升卫星信号强度评估的准确度，从而提升卫星定位精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请公开的一种图像降噪处理方法流程图；

图2为现有技术中的一种卫星信号解调流程图；

图3为本申请提供的一种卫星导航系统与频段对应示意图；

图4为本申请公开的一种具体的卫星信号强度评估方法流程图；

图5为本申请公开的一种卫星信号强度评估装置结构示意图；

图6为本申请公开的一种具体的卫星信号评估装置结构示意图；

图7为本申请公开的一种GNSS接收机结构图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，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。

GNSS接收机中信噪比是由对应底噪的比例来确定的，信噪比为评估卫星信号强度的指标。接收机包括捕获和跟踪两部分，均对卫星信号的强度量级差异敏感，如果卫星星号估计强度与实际强度存在偏差，可能导致捕获和跟踪的精度损失，影响系统定位结果。估计强度低于实际值，可能导致捕获额外耗时，码片和频偏跟踪抖动大；估计强度高于实际值，可能导致捕获失败，跟踪失锁的情况。现有技术通常跟踪复用捕获的底噪计算结果，进行时间长度上的折算。如果捕获和跟踪的输入数据存在量化量级差异时，捕获的底噪估计值不能被跟踪使用，并且，现有技术中通常在可见星的时域或频域中过滤出底噪，但可见星相关峰影响底噪估计精度。为此，本申请提供了一种卫星信号强度评估方案，能够提升底噪计算的准确度，进而提升卫星信号强度评估的准确度，从而提升卫星定位精度。

参见图1所示，本申请实施例公开了一种卫星信号强度评估方法，包括：

步骤S11：确定目标不可见星对应的目标跟踪底噪。

在具体的实施方式中，本实施例可以获取所述目标不可见星对应的配置数据；基于所述配置数据对所述目标不可见星进行跟踪，得到对应的自相关结果数据；利用所述自相关结果数据确定所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪。

在具体的实施方式中，可以基于目标不可见星的星号、卫星导航系统和频段，获取所述目标不可见星对应的配置数据。具体的，可以基于目标可见星的卫星导航系统和频段确定对应的目标不可见星，直接配置目标不可见星的星号、卫星导航系统和频段。目标不可见星的星号可以根据各导航系统公开的卫星发射列表确定，比如，要评估GPS L1频段的目标可见星，可以根据各导航系统公开的卫星发射列表确定GPS L1频段的一颗不可见星作为目标不可星，得到该目标不可见星的星号，在具体的实施方式中，也可以根据实际需要配置多颗目标不可见星的星号，以评估对应的多颗目标可见星的卫星信号强度。本实施例获取到不可见星的星号、卫星导航系统和频段，基于目标不可见星的星号、卫星导航系统和频段，从预设的配置数据库中调取所述目标不可见星对应的配置数据。当然，也可以直接获取用户输入的配置数据。

进一步的，在具体的实施方式中，可以基于目标不可见星对应的配置数据对所述目标不可见星进行跟踪，每得到一次自相关结果，则将基于该自相关结果确定对应的底噪值，利用线性滤波器平滑当前底噪值，直到跟踪结束，得到所述目标跟踪底噪。

其中，利用线性滤波器平滑当前底噪值的步骤，可以具体包括：确定当前底噪值与基于上一相关结果确定的底噪值之间的差值；利用所述差值调整所述线性滤波器的权重；利用调整权重后的所述线性滤波器平滑当前底噪值。

并且，在一种具体的实施方式中，本实施例可以获取所述目标不可见星对应的本地码、码片范围、载波相位范围和导航电文数据周期。

在另一种具体的实施方式中，本实施例可以获取所述目标不可见星对应的本地码、码片组、载波相位组和导航电文数据周期。

需要指出的是，配置信息直接影响底噪估计的精度。如果不是在导航电文数据周期内，数据符号翻转可能导致自相关值偏小等问题。如果码片范围和载波相位范围过小，可能无法完整体现噪声特性；范围过大，增加计算功耗。本实施例中，导航电文数据周期可以为标准导航电文数据周期，也可以是标准导航电文数据周期的1/N，N为整数，需要指出的是，导航电文数据周期/N也为整数，但不能无限小，否则得出的相关值没有意义。码片范围和载波相位范围可以基于测试数据确定，在完整体现噪声特征的前提下，使计算功耗最低。

其中，码片组、载波相位组的间隔可以是固定的或者动态的，根据精度要求调整，增大间隔用于底噪的粗估计，减小间隔用于底噪的细估计。

也即，本申请实施例的配置数据可以包括量化后的码片组、载波相位组。

需要指出的是，不可见星虽然是未发射的卫星，但配置本地码符合对应卫星导航系统规律，与同一系统同一频段的可见星的相关结果具有相同信道特征。由于不可见星输入信号调制的导航电文数据信息为随机数据，利用导航电文数据周期内数据符号不翻转的特征，将输入信号与本地码进行码片范围和载波相位范围内自相关遍历，得到的相关幅度平均值即为底噪的平方值，然后开方，即可得到单次底噪值。在具体的实施方式中，也可以将串行处理的自相关过程拆分为多个并行处理来降低计算量，如M＝M1+M2+M3+…+Mn种配置信息做自相关后进行平滑，可以拆分到M1做完自相关后进行平滑，M2做完自相关后进行平滑，以此类推。

本实施例中，可以利用GNSS接收机的跟踪模块基于配置数据对目标不可见星进行跟踪，得到对应的自相关结果数据。

需要指出的是，GNSS接收机的跟踪模块主要产生本地载波和本地码两个本地信号，以实现卫星信号的解调。

输入信号可以表示为s(t)＝A*d(t-τ)*c(t-τ)*sc(t-τ)*e

其中，θ＝θ

其中，ADC(模拟数字转换器)输入信号通过调整码片延迟持续跟踪，将扩频码、子码、载波剥离后实现导航电文数据d的解调，其中，码跟踪常见采用超前滞后延迟锁定环(DLL),对输入信号与三个本地码进行相关，载波跟踪常见采用锁频环和锁相环(FLL/PLL)，对输入信号鉴相鉴频。例如，参见图2所示，图2为现有技术中的一种卫星信号解调流程图。

这样，复用GNSS接收机的跟踪模块，完全耦合可见星的跟踪过程，可以降低系统架构的修改，减少额外的自相关计算带来的硬件开销。

步骤S12：基于所述目标跟踪底噪评估所述GNSS接收机跟踪的目标可见星的卫星信号强度；其中，所述目标可见星与所述目标不可见星为同一卫星导航系统的同一频段的卫星。

在具体的实施方式中，卫星导航系统可以为北斗、伽利略、GPS(即GlobalPositioning System，全球定位系统)、GLONASS(格洛纳斯)、IRNSS(即Indian RegionalNavigation Satellite System，印度区域导航卫星系统)、SBAS(即Satellite-BasedAugmentation System，星基增强系统)、QZSS(即Quasi-Zenith Satellite System，准天顶卫星系统)等，对应的频段可以为L1、L2、L5、L6等。例如，参见图3所示，图3为本申请实施例提供的一种卫星导航系统与频段对应示意图。GPS、BD(北斗)、GAL(伽利略)、GLO(格洛纳斯)均包括L1、L2、L5、L6频段。

并且，在具体的实施方式中，可以在对所述目标可见星跟踪之前的预设时间内利用所述自相关结果数据确定所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪。

也即，在对目标不可见星进行跟踪前需要计算出对应的目标不可见星的跟踪底噪，并且，是预设时间内，预设时间为毫秒级，这样，跟踪底噪计算和可见星跟踪几乎为同一时间段，能够实时反映跟踪通道的噪声变化特点。

可见，本申请实施例先确定目标不可见星对应的目标跟踪底噪；基于所述目标跟踪底噪评估所述GNSS接收机跟踪的目标可见星的卫星信号强度；其中，所述目标可见星与所述目标不可见星为同一卫星导航系统的同一频段的卫星。也即，本申请实施例跟踪不复用捕获底噪，利用与可见星同一卫星导航系统同一频段的不可见星的跟踪底噪，对可见星进行卫星信号强度估计，这样，可以去除可见星相关峰对于底噪计算的影响，能够提升底噪计算的准确度，进而提升卫星信号强度评估的准确度，从而提升卫星定位精度。

参见图4所示，本申请实施例公开了一种具体的卫星信号强度评估方法，应用于GNSS接收机，包括：

步骤S21：当接收到不可见星的卫星信号，则确定该不可见星对应的跟踪底噪，并记录对应的系统频段信息。

其中，关于跟踪底噪的计算过程可以参考前述实施例公开的相应内容，在此不再进行赘述。

在一种具体的实施方式中，所述系统频段信息可以包括卫星导航系统和频段。

在另一种具体的实施方式中，所述系统频段信息可以为卫星导航系统和频段对应的标识信息，基于系统频段信息确定出对应的卫星导航系统和频段。

步骤S22：基于所述目标可见星对应的卫星导航系统和频段从已确定出的不可见星的跟踪底噪中基于所述系统频段信息匹配出所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪。

并且，在具体的实施方式中，可以基于预设时间条件以及所述系统频段信息匹配出所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪；

其中，所述预设时间条件为所述目标跟踪底噪为在对所述目标可见星跟踪前的预设时间内确定出的跟踪底噪。

步骤S23：基于所述目标跟踪底噪评估所述GNSS接收机跟踪的目标可见星的卫星信号强度；其中，所述目标可见星与所述目标不可见星为同一卫星导航系统的同一频段的卫星。

在具体的实施方式中，GNSS接收机接收到卫星信号，则匹配出该卫星信号对应的卫星导航系统、频段以及星号，然后基于可见星列表判断接收到的卫星信号为可见星的卫星信号或不可见星的卫星信号，若接收到不可见星的卫星信号，则跟踪该不可见星，得到相关结果数据，然后基于相关结果数据确定对应的跟踪底噪，记录系统频段信息。若接收到可见星的卫星信号，将该可见星作为目标可见星，捕获该可见星，然后对该可见星进行跟踪，并从已确定出的跟踪底噪中基于记录的系统频段信息匹配出所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪。

参见图5所示，本申请实施例公开一种卫星信号强度评估装置，应用于GNSS接收机，包括：

目标跟踪底噪确定模块11，用于确定目标不可见星对应的目标跟踪底噪；

卫星信号强度评估模块12，用于基于所述目标跟踪底噪评估所述GNSS接收机跟踪的目标可见星的卫星信号强度；其中，所述目标可见星与所述目标不可见星为同一卫星导航系统的同一频段的卫星。

可见，本申请实施例先确定目标不可见星对应的目标跟踪底噪；基于所述目标跟踪底噪评估所述GNSS接收机跟踪的目标可见星的卫星信号强度；其中，所述目标可见星与所述目标不可见星为同一卫星导航系统的同一频段的卫星。也即，本申请实施例跟踪不复用捕获底噪，利用与可见星同一卫星导航系统同一频段的不可见星的跟踪底噪，对可见星进行卫星信号强度估计，这样，可以去除可见星相关峰对于底噪计算的影响，能够提升底噪计算的准确度，进而提升卫星信号强度评估的准确度，从而提升卫星定位精度。

在一种具体的实施方式中，目标跟踪底噪确定模块11，具体包括：

配置数据获取子模块，用于获取所述目标不可见星对应的配置数据。

自相关结果获取子模块，用于基于所述配置数据对所述目标不可见星进行跟踪，得到对应的自相关结果数据；

跟踪底噪确定子模块，用于利用所述自相关结果数据确定所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪。

具体的，所述跟踪底噪确定子模块，具体包括：

底噪值确定单元，用于每得到一次自相关结果，则将基于该自相关结果确定对应的底噪值

底噪值平滑单元，用于利用线性滤波器平滑当前底噪值，直到跟踪结束，得到所述目标跟踪底噪。

在具体的实施方式中，所述底噪值平滑单元具体用于确定当前底噪值与基于上一相关结果确定的底噪值之间的差值；利用所述差值调整所述线性滤波器的权重；利用调整权重后的所述线性滤波器平滑当前底噪值。

其中，所述配置数据获取子模块，具体用于获取所述目标不可见星对应的本地码、码片范围、载波相位范围和导航电文数据周期，或本地码、码片组、载波相位组和导航电文数据周期。

目标跟踪底噪确定模块11，具体用于在对所述目标可见星跟踪之前的预设时间内利用所述自相关结果数据确定所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪。

在另一种具体的实施方式中，目标跟踪底噪确定模块11，具体用于当接收到不可见星的卫星信号，则确定该不可见星对应的跟踪底噪，并记录对应的系统频段信息；基于所述目标可见星对应的卫星导航系统和频段从已确定出的不可见星的跟踪底噪中基于所述系统频段信息匹配出所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪。

例如，参见图6所示，图6为本申请实施例公开了一种具体的卫星信号评估装置结构示意图，需要指出的是，现有的GNSS接收机包括系统匹配模块，可见星判断模块，捕获模块，跟踪模块以及定位模块。本实施例可以复用系统匹配模块，可见星判断模块，跟踪模块，并添加底噪估计模块以及平滑模块。系统匹配模块用于匹配当前卫星的卫星导航系统及其频段。可见星判断模块是判断当前星是否在可见星列表中，可见星列表指上述导航系统及其频段已经发射的卫星星号，若不在可见星列表中，则为不可见星。跟踪模块即为前述自相关结果获取子模块，底噪估计模块即为前述底噪值确定单元，平滑模块即为前述底噪值平滑单元。

在具体的实施方式中，当接收到卫星信号，则通过系统匹配模块匹配出该卫星信号对应的卫星导航系统、频段以及星号，然后通过可见星判断模块基于可见星列表判断接收到的卫星信号为可见星的卫星信号或不可见星的卫星信号，若接收到不可见星的卫星信号，则通过跟踪模块跟踪该不可见星，得到相关结果数据，然后通过底噪估计模块基于相关结果数据确定对应的单次底噪值，并利用平滑模块单次底噪值进行平滑，直至跟踪结束，得到最终的跟踪底噪，对记录系统频段信息。若接收到可见星的卫星信号，将该可见星作为目标可见星，通过捕获模块捕获该可见星，然后对跟踪模块对该可见星进行跟踪，并从已确定出的跟踪底噪中基于记录的系统频段信息匹配出所述目标不可见星对应的目标跟踪底噪，评估出该可见星的卫星信号强度，则输入定位模块。

其中，系统匹配模块匹配出该卫星信号对应的卫星导航系统、频段以及星号，基于平滑模块记录的系统频段信息判断该卫星导航系统及频段是否为未评估底噪的系统和频段，若是，则启动通过可见星判断模块，基于可见星列表判断接收到的卫星信号为可见星的卫星信号或不可见星的卫星信号。

也即，可以通过平滑模块反馈的底噪值和与之匹配的系统频段信息，在系统匹配模块中判断当前卫星是否为未估计底噪的系统和频段对应的卫星。结合系统匹配模块输出的系统和频段，可见星判断模块匹配出不可见星进入跟踪模块。并且，在具体的实施方式中，底噪估计模块将本地码、码片范围、载波相位范围和导航电文数据周期等配置输入跟踪模块。跟踪模块进行自相关处理，剥离扩频码、子码、载波，将相关结果输出至底噪估计模块。底噪估计模块将相关结果进行平均，得到底噪值平方值，最后开方，得到单次底噪值，输出至平滑模块。重复前述两个步骤直至该颗不可星跟踪结束。通过平滑模块采用线性滤波器平滑单次底噪值，记录与之匹配的系统频段信息，反馈给系统匹配模块。通过系统匹配模块和底噪估计模块输出的底噪值可知当前底噪值是否为该系统频段下的初始值。具体的，可以基于底噪值对应的系统频段信息以及系统匹配模块已匹配出的全部卫星系统和频段确定当前底噪值是否为该系统该频段下的初始值，若不为初始值，则确定当前底噪值与基于上一相关结果确定的底噪值之间的差值；利用所述差值调整所述线性滤波器的权重；利用调整权重后的所述线性滤波器平滑当前底噪值。

参见图7所述，本申请实施例公开了一种GNSS接收机，包括处理器21和存储器22；其中，所述存储器22，用于保存计算机程序；所述处理器21，用于执行所述计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述实施例公开的卫星信号强度评估方法。

关于上述卫星信号强度评估方法的具体过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

进一步的，本申请实施例还公开了一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述实施例公开的卫星信号强度评估方法。

关于上述卫星信号强度评估方法的具体过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本申请所提供的一种卫星信号强度评估方法、装置、GNSS接收机及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。