一种基于GNSS来补偿LoRa多普勒频偏的方法及系统与流程

一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法及系统
技术领域
1.本发明涉及gnss卫星通信系统领域和lora通信领域，具体涉及一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法及系统。


背景技术：

2.lora(long range radio)是一种低功耗低成本无线物理层标准，架设成本低，传输距离远，实现了低功耗和远距离的统一。高精度差分定位系统使用lora作为数据链路技术。目前市场上lora rf的芯片一般为semtech公司的sx126x/sx127x系列，我们使用sx1262芯片作为lora rf芯片。基于lora的广播通信的高精度差分定位系统组成框图如附图1，由固定站和监测站两部分组成。固定站和监测站的数据链路部分是基于lora广播通信实现。固定站的lora rf广播差分数据，监测站的lora rf接收差分数据。固定站的精确坐标要求已知，固定站的接收机负责估算每颗卫星的测距误差并对其生成差分校正值。然后固定站负责把差分校正值或者原始观测数据通过lora rf发送给监测站处的gnss接收机。监测站处的gnss接收机会结合收到的差分校正值和自身的观测数据计算出精度级别更高的定位结果。
3.通过实际路测发现，当监测站运动的移动速度超过20km/h时,监测站的lora rf接收的数据ber(比特出错率/误码率)比较高。根据通信理论，运动的物体会产生多普勒效应，多普勒效应是波源和观察者有相对运动时，观察者接受到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。为了降低lora rf的传输数据的ber，需要实时的补偿运动产生的多普勒频偏，目前lora rf本身无法计算多普勒频偏。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法及系统，可以降低监测站中lora rf芯片接收数据的ber。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法，包括以下步骤，
6.s1，利用gnss固定站的位置向量和速度向量以及gnss监测站的位置向量和速度向量，计算出所述gnss监测站相对所述gnss固定站移动的多普勒频率偏差；
7.s2，根据所述多普勒频率偏差对所述gnss监测站中lora rf芯片中设置的接收信号频率进行补偿，得到所述gnss监测站中lora rf芯片接收信号的补偿频率；
8.s3，将所述补偿频率转化为频率控制字，并将所述频率控制字写入所述gnss监测站中lora rf芯片的驱动中。
9.基于上述一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法，本发明还提供了一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的系统。
10.一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的系统，包括以下模块，
11.多普勒频率偏差计算模块，其用于利用gnss固定站的位置向量和速度向量以及
gnss监测站的位置向量和速度向量，计算出所述gnss监测站相对所述gnss固定站移动的多普勒频率偏差；
12.频率补偿模块，其用于根据所述多普勒频率偏差对所述gnss监测站中lora rf芯片中设置的接收信号频率进行补偿，得到所述gnss监测站中lora rf芯片接收信号的补偿频率；
13.写入模块，其用于将所述补偿频率转化为频率控制字，并将所述频率控制字写入所述gnss监测站中lora rf芯片的驱动中。
14.基于上述一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法，本发明还提供了一种计算机存储介质。
15.一种计算机存储介质，包括存储器，所述存储器内存储有至少一个计算机指令，在所述计算机指令被处理器执行时实现如上述所述的方法。
16.本发明的有益效果是：本发明一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法及系统，通过获取gnss rtk定位系统中固定站和监测站的位置向量和速度向量来计算和补偿lora rf多普勒频偏简单易行，充分利用gnss rtk定位系统的输出特征参数，并采用三维坐标系来计算多普勒频偏，计算的多普勒频偏实时而且准确，最终能够降低监测站侧的lora rf的接收数据的ber。
附图说明
17.图1为基于lora的广播通信的高精度差分定位系统的结构框图；
18.图2为本发明一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法的流程图；
19.图3为固定站和监测站在wgs
‑
84坐标系下的状态图；
20.图4为本发明一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的系统的结构框图。
具体实施方式
21.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。如图2所示，一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法，包括以下步骤，
22.s1，利用gnss固定站的位置向量和速度向量以及gnss监测站的位置向量和速度向量，计算出所述gnss监测站相对所述gnss固定站移动的多普勒频率偏差；
23.s2，根据所述多普勒频率偏差对所述gnss监测站中lora rf芯片中设置的接收信号频率进行补偿，得到所述gnss监测站中lora rf芯片接收信号的补偿频率；
24.s3，将所述补偿频率转化为频率控制字，并将所述频率控制字写入所述gnss监测站中lora rf芯片的驱动中。
25.在本具体实施例中，还具有如下优选方案：
26.优选的，所述s1具体为，s11，利用所述gnss固定站的位置向量以及所述gnss监测站的位置向量，计算出所述gnss固定站在所述gnss监测站处的单位观测向量；s12，利用所述单位观测向量、所述gnss固定站的速度向量以及所述gnss监测站的速度向量，计算出所述gnss监测站相对所述gnss固定站移动的多普勒频率偏差。
27.在本发明中，所述gnss固定站的位置向量具体为在wgs
‑
84坐标系下的位置向量，
所述gnss监测站的位置向量具体为在wgs
‑
84坐标系下的位置向量；图3为固定站和监测站在wgs
‑
84坐标系下的状态图，令所述gnss固定站在wgs
‑
84坐标系下的位置向量为(x
s
，y
s
，z
s
)，令所述gnss监测站在wgs
‑
84坐标系下的位置向量为(x
r
，y
r
，z
r
)，则在所述s11中计算所述单位观测向量的公式为其中，为所述单位观测向量；令所述gnss固定站的速度向量为令所述gnss监测站的速度向量为则在所述s12中计算所述多普勒频率偏差的公式为其中，为与的数量积，λ为所述gnss固定站发射出的信号的波长。
28.优选的，所述gnss固定站的速度向量则计算所述多普勒频率偏差的公式为
29.优选的，在所述s2中，所述补偿频率的计算公式为f
b
＝f+f
d
，其中，f
b
为所述补偿频率，f为所述gnss固定站发射出的信号的频率。
30.优选的，在所述s3中，将所述频率控制字写入所述gnss监测站中lora rf芯片的驱动中的具体步骤为，
31.s31，将所述补偿频率转化为32位频率控制字；
32.s32，将所述频率控制字转换为32bit的16进制数；
33.s33，通过spi将32bit的16进制数写入所述gnss监测站中lora rf芯片的驱动中。
34.优选的，所述gnss监测站中lora rf芯片的型号为sx1262，则在所述s3中，将所述补偿频率转化为频率控制字的具体公式为，
[0035][0036]
其中，rf
freq_new
为32位寄存器的值，也就是所述补偿频率的32位频率控制字，rf
frequency
为所述lora rf芯片中设置的接收信号频率，也就是所述gnss固定站发射出的信号的频率，即rf
frequency
＝f，rf
frequency
+f
d
＝f+f
d
＝f
b
，f
xtal
为所述监控站中lora rf芯片的本振频率。
[0037]
具体的，在本具体实施例中，多普勒频率偏差的调整过程具体如下：
[0038]
1、监测站中gnss接收机获取向量，根据公式计算多普勒频率偏差f
d
。
[0039]
2、在监测站中，gnss接收机根据多普勒频率偏差f
d
更新lora rf芯片的频率控制字，对于lora rf芯片sx1262，其设置的接收信号频率计算公式为，
[0040][0041]
其中，f
xtal
是lora rf的本振频率，一般为32mhz；rf
freq
是32位寄存器的值，也就是频率控制字；rf
frequency
为lora rf芯片中设置的接收信号频率。例如当rf
frequency
为475mhz
时，rf
freq
为0x1db00000。当存在多普勒频率偏差f
d
时，lora rf频率控制字计算公式为，
[0042][0043]
3、将rf
freq_new
转换为32bit的16进制数。
[0044]
4、监测站中gnss接收机将32bit的16进制数的频率控制字通过spi写到lora rf驱动。
[0045]
基于上述一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法，本发明还提供了一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的系统。
[0046]
如图4所示，一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的系统，包括以下模块，
[0047]
多普勒频率偏差计算模块，其用于利用gnss固定站的位置向量和速度向量以及gnss监测站的位置向量和速度向量，计算出所述gnss监测站相对所述gnss固定站移动的多普勒频率偏差；
[0048]
频率补偿模块，其用于根据所述多普勒频率偏差对所述gnss监测站中lora rf芯片中设置的接收信号频率进行补偿，得到所述gnss监测站中lora rf芯片接收信号的补偿频率；
[0049]
写入模块，其用于将所述补偿频率转化为32位频率控制字，并将所述频率控制字写入所述gnss监测站中lora rf芯片的驱动中。
[0050]
基于上述一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法，本发明还提供了一种计算机存储介质。
[0051]
一种计算机存储介质，包括存储器，所述存储器内存储有至少一个计算机指令，在所述计算机指令被处理器执行时实现如上述所述的方法。
[0052]
本发明一种基于gnss来补偿lora多普勒频偏的方法及系统，通过获取gnss rtk定位系统中固定站和监测站的位置向量和速度向量来计算和补偿lora rf多普勒频偏简单易行，充分利用gnss rtk定位系统的输出特征参数，并采用三维坐标系来计算多普勒频偏，计算的多普勒频偏实时而且准确，最终能够降低监测站侧的lora rf的接收数据的ber。
[0053]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。