[发明专利]一种基于北斗系统的卫星信号寻优系统及方法

权利要求书

1.一种基于北斗系统的卫星信号寻优系统，包括上位机和智能避障小车，所述智能避障小车包括电机驱动模块、舵机驱动模块、激光雷达模块和运动控制模块 ，激光雷达模块的输出端连接运动控制模块的输入端，运动控制模块的不同输出端分别连接电机驱动模块的输入端和舵机驱动模块的输入端，其特征在于：该系统还包括无源北斗系统、天线姿态控制系统、供电系统和监控系统；

所述无源北斗系统包括北斗接收天线、射频模块、FPGA和DSP，北斗接收天线固定安装在智能避障小车上，北斗接收天线的输出端连接射频模块的输入端，射频模块的输出端连接FPGA的输入端，FPGA的输出端连接DSP的输入端；

所述天线姿态控制系统包括驱动模块、超声波传感器和ARM处理器；DSP的一个输出端连接ARM处理器的输入端，ARM处理器的两个不同输出端分别连接上位机和驱动模块的输入端，驱动模块的输出端连接北斗接收天线的输入端，用于探测北斗接收天线的俯仰角度和方位状态的超声波传感器的输出端连接ARM处理器的输入端；

所述供电系统包括太阳能电池组和太阳能电池控制器，太阳能电池组中的各太阳能电池并联，太阳能电池控制器与太阳能电池组连接，太阳能电池控制器的输入端与DSP的一个输出端连接；

所述智能避障小车、无源北斗系统、天线姿态控制系统均由供电系统进行供电，太阳能电池组中各太阳能电池的输出端分别连接智能避障小车、无源北斗系统、天线姿态控制系统； 

所述监控系统包括监视设备、传输设备和显示设备，监视设备安置在智能避障小车运动的环境范围内，监视设备的输出端通过传输设备连接到显示设备。

2.采用权利要求1所述的基于北斗系统的卫星信号寻优系统进行卫星信号寻优的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：DSP判断智能避障小车、无源北斗系统、天线姿态控制系统和监控系统的供电是否正常：是，则执行步骤3，否，则执行步骤2；

步骤2：通过太阳能电池控制器控制太阳能电池对智能避障小车、无源北斗系统、天线姿态控制系统和监控系统进行供电；

步骤3：智能避障小车运动过程中，通过激光雷达模块实时勘测小车运动环境中的障碍物，实现智能避障小车移动过程中智能避障，同时，监控系统对智能避障小车运动过程实时监控；

步骤4：北斗接收天线实时接收当前的卫星信号，并将该卫星信号经射频模块发送至FPGA；

步骤5：FPGA对卫星信号进行解调解扩，并将解调解扩后的信号传送给DSP；

步骤6：DSP对接收到的信号进行定位解算和时间修正，从而完成授时，并将该授时信息传输到ARM处理器进行保存，同时，超声波传感器采集北斗接收天线当前时刻的俯仰角度和方位状态信息并传输至ARM处理器进行保存；

所述授时信息包括智能避障小车当前时刻位置信息、当前时间信息和信号强度信息；

步骤7：ARM处理器将保存的授时信息和北斗接收天线当前时刻的俯仰角度和方位状态信息发送至上位机；

步骤8：ARM处理器采用信号寻优学习算法，对下一时刻的最优卫星信号可能出现的范围进行预测，进而寻找到最优卫星信号；

具体步骤如下：

步骤8.1：ARM处理器将接收到的各个时刻的授时信息及其对应的北斗接收天线的俯仰角度和方位状态信息进行归一化处理；

步骤8.2：将归一化处理后的数据作为信号寻优学习的样本数据；

步骤8.3：根据信号寻优学习的样本数据对下一时刻的最优卫星信号可能出现的范围进行预测；

步骤8.3.1：设定卫星信号搜索范围、信号拥挤度因子、信号强度阈值、最多搜索次数和停滞参数；

所述的停滞参数指搜索卫星信号过程中，连续多次超过信号强度阈值的次数；

步骤8.3.2：对信号寻优学习的样本数据进行搜索，若搜索卫星信号过程中，某范围内卫星信号强度连续多次超过信号强度阈值，且该次数达到停滞参数时，则该范围即下一时刻的最优卫星信号可能出现的范围，执行步骤8.4；否则，执行步骤8.3.3；

步骤8.3.3：判断当前信号寻优学习的样本数据的搜索次数是否达到最多搜索次数，是，则执行步骤8.3.4，否则继续搜索；

步骤8.3.4：比较卫星信号搜索范围内各卫星信号的信号强度，将最优卫星信号强度传输至DSP，该信号强度信息、对应的卫星的当前时刻位置信息和当前时间信息形成授时信息，分别发送至ARM处理器和上位机，执行步骤8.1；

步骤8.4：对下一时刻的最优卫星信号可能出现的范围内的最优卫星信号进行学习，得到下一时刻的最优卫星信号强度预测值，即寻找到最优卫星信号；

步骤9：ARM处理器将寻找到的最优卫星信号的信号强度及该信号强度对应的位置点的位置信息同时发送至天线姿态控制系统中的驱动模块和智能避障小车的运动控制模块；

    所述信号强度对应的位置点的位置信息转换成智能避障小车的位置信息和北斗接收天线的俯仰角度和方位状态信息，智能避障小车的位置信息发送至智能避障小车的运动控制模块，北斗接收天线的俯仰角度和方位状态信息发送至天线姿态控制系统中的驱动模块；

步骤10：智能避障小车的运动控制模块控制智能避障小车在最优卫星信号可能出现的范围内运动；

步骤11：天线姿态控制系统中的驱动模块根据接收到的信息调整北斗接收天线的姿态，使北斗接收天线在最优卫星信号可能出现的范围内的接收方向最佳；

步骤12：当北斗接收天线接收到卫星信号时，DSP将该卫星信号的授时信息传至ARM处理器进行保存；

步骤13：ARM处理器向上位机上传当前系统运行的状态参数，该状态参数包括：信号寻优算法预测的下一时刻最优卫星信号可能出现的范围和当前最优卫星信号授时信息；

步骤14：操作人员可以根据上位机接收的当前系统运行的状态参数，对卫星信号寻优系统进行实时控制，当系统供电不正常时，可通过上位机向DSP发出控制指令，控制太阳能电池对系统进行供电。