[发明专利]一种基于北斗系统的水下传感器的水面快速定位方法

说明书

本发明提供一种基于北斗系统的水下传感器的水面快速定位方法，包括步骤：获取本地北斗卫星信息和上一次接收机位置信息，估计卫星概略位置；根据北斗卫星信息和上一次接收机位置信息，判断可见IGSO和MEO卫星信息；根据可见IGSO和MEO卫星信息选择伪随机码，生成接收机进入基带信号处理环节，进行FFT捕获后进入后续跟踪、比特同步环节，记录第i颗卫星信号接收时刻；计算第i颗卫星信号发射时间，以及第i颗卫星到接收机的粗估伪距；当接收机获得4颗及4颗以上的可见星位置及伪距时，通过最小二乘法求解接收机位置，实现快速定位解算；将本次解算位置信息存储到本地存储器中，为下次位置解算提供信息。

技术领域

本发明涉及水下设备卫星定位技术领域，尤其涉及一种基于北斗系统的水下传感器的水面快速定位方法。

背景技术

在海洋坐底观测系统中，携带水下传感器的观测平台在完成观测任务后由释放器对观测平台底部配重进行释放，待观测平台浮出水面后，回收人员返回投放点附近进行设备回收。然而受洋流、海洋风暴等因素的影响，在对观测系统进行回收时，其最终位置相比投放时的位置经常发生比较大的变化，这给设备回收造成了一定的困难。随着卫星通信定位技术的日益成熟，实现机动载体的实时高精度定位、测速等应用需求已不再是难题，但卫星以卫星通信定位技术为核心的应用都严重依赖于海事卫星、北斗系统、铱星等，这些卫星系统的定位时间比较久。以北斗系统为例，以目前北斗系统接收机设计来说，在空旷地点及静止环境下，约需要60~80秒左右才可到达3D定位。

传统的水下传感器出水后，在没有任何有效信息辅助的情况下，启动过程需要依次对所有卫星进行盲搜索，实现对卫星的捕获、跟踪、比特同步和帧同步后，得到信号发射时间和导航电文，才可以完成定位解算。以上过程一般需要至少几十秒钟，甚至更长。为了减少定位导航所需时间，可以提前注入历书、概略位置、概略时等信息，不经过盲搜索过程，直接预测可见卫星的位置，缩短捕获卫星信号的时间，然后继续跟踪、比特同步、帧同步和电文解调过程，可进一步缩短水下传感器的出水定位时间。但由于完整的电文解调至少需要30秒，因此这种模式只能节省几秒的启动时间。受限于特殊应用场合，某些水下传感器出水时间只有几秒钟甚至不足一秒，因此需要研究这种情况下，水下传感器快速定位并上传自身位置的方法。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于北斗系统的水下传感器的水面快速定位方法，通过高精度原子钟保持本地时间，利用预先写入的星历数据和本地时间快速估算北斗卫星与水下传感器的伪距，从而实现水下传感器在较短时间内的快速定位并将自身位置上传的功能。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于北斗系统的水下传感器的水面快速定位方法，所述方法包括步骤：

S101、获取本地存储的北斗系统卫星信息和上一次接收机位置信息，根据本地时间估计卫星的概略位置；

S102、根据北斗系统卫星信息和上一次接收机位置信息，判断此时在遮蔽角条件下的可见IGSO和MEO卫星信息；

S103、根据上一步骤得到的可见IGSO和MEO卫星信息，选择对应的伪随机码，生成接收机进入基带信号处理环节，进行基于数据分块的FFT捕获，然后进入后续跟踪、比特同步环节，若捕获到第 i颗卫星信息，则记录信号接收时刻；

S104、计算第i颗卫星信号发射时间，以及第i颗卫星到接收机的粗估伪距；

S105、当接收机获得4颗及4颗以上的可见星位置及伪距时，通过最小二乘法求解接收机位置，实现快速定位解算；

S106、将本次解算的接收机位置信息存储到本地存储器中，为下次位置解算提供信息。

进一步的，所述北斗系统卫星信息包括北斗系统卫星星历、历书。

进一步的，进行基于数据分块的FFT捕获，具体为将长度为Lms的数据，分成L个数据块，每个数据块均包含1ms的数据采样，对L个数据块分别进行FFT捕获运算。