一种部队实兵交战器材北斗差分定位系统

技术领域

本发明涉及电数字数据处理技术领域，具体涉及一种部队实兵交战器材北斗差分定位系统。

背景技术

目前部队实兵交战器材北斗差分定位中对器材位置精度及续航能力要求都特别严格，传统卫星定位算法往往只进行普通的高频更新，RTK（Real time kinematic，实时差分定位）载波相位差分技术高精度定位方案往往存在一个通病：设备虽然可以进入差分状态但难以保持稳定，因此严重影响低功耗休眠等判定的准确性，对于部队实兵交战器材北斗差分定位应用而言，这种定位装置充电维护成本较高，而且装置稳定性较差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种部队实兵交战器材北斗差分定位系统，所采用的技术方案具体如下：

本发明提出了一种部队实兵交战器材北斗差分定位系统，所述装置包括：ARM内核CPU、信息采集模块、耗电评价模块、差分定位性能评价模块、过度耗能检测模块和功耗调整模块；

所述ARM内核CPU包括无线电PA模块，所述无线电PA模块基于B-TrunC制式进行4G-LTE通信；

所述信息采集模块用于采集所述无线电PA模块的第一平均功耗、当前地理区域不同位置的干扰强度、所述ARM内核CPU的第二平均功耗和每个定位状态下的连续时长；

所述耗电评价模块用于整合所有定位状态下的连续时长，获得时长序列；所述第二平均功耗根据预设采样频率和预设采样时间段构成第二平均功耗序列；根据所述采样时间段内的所述时长序列和所述第二平均功耗序列获得过度耗电评价指标；

所述差分定位性能评价模块用于根据当前地理区域不同位置的干扰强度组成的干扰强度集合获得当前地理区域的干扰强度评分；根据当前定位位置上所述第一平均功耗大小获得的功耗差异系数；根据所述干扰强度评分和所述功耗差异系数获得差分定位性能因子；

所述过度耗能检测模块用于根据定位过程中的所述第二平均功耗和所述连续时长获得状态指标，根据所述状态指标的大小判断当前定位装置是否出过度耗能状态；

所述功耗调整模块用于当定位装置处于过度耗能状态时，根据所述过度耗电评价指标和所述差分定位性能因子调整所述第一平均功耗；根据所述差分定位性能因子调整所述第二平均功耗。

进一步地，所述信息采集模块采集当前地理区域不同位置的干扰强度的方法包括：

根据当前地理区域的经纬度获得地理网格，根据定位结果在所述地理网格中的漂移误差作为每个位置的所干扰强度。

进一步地，所述根据所述采样时间段内的所述时长序列和所述第二平均功耗序列获得过度耗电评价指标包括：

根据过度耗电评价指标公式获得所述过度耗电评价指标，所述过度耗电评价指标公式包括：

其中，

进一步地，所述根据当前地理区域不同位置的干扰强度组成的干扰强度集合获得当前地理区域的干扰强度评分包括：

根据当前地理区域中不同位置上的预设权重构建初始空间权重矩阵；根据不同位置的欧式距离构建反距离模型，根据所述反距离模型对所述初始空间权重矩阵标准化，获得空间权重矩阵；根据所述空间权重矩阵和所述干扰强度集合获得z得分，将所述z得分取反，获得所述干扰强度评分。

进一步地，所述根据当前定位位置上所述第一平均功耗大小获得的功耗差异系数包括：

统计当前地理区域中每个位置的所述第一平均功耗大小，获得中位数；以一减去当前所述定位位置上所述第一平均功耗与所述中位数的比值的绝对值作为功耗差异，根据所述功耗差异获得所述功耗差异系数。

进一步地，所述根据所述干扰强度评分和所述功耗差异系数获得差分定位性能因子包括：

以所述干扰强度评分的绝对值和所述功耗差异系数的乘积作为所述差分定位性能因子。

进一步地，所述根据定位过程中的所述第二平均功耗和所述连续时长获得状态指标，根据所述状态指标的大小判断当前定位装置是否出过度耗能状态包括：

根据状态指标公式获得所述状态指标，所述状态指标公式包括：

其中，

若所述状态指标为正值，则认为当前定位装置出现过度耗能状态。

进一步地，所述根据所述过度耗电评价指标和所述差分定位性能因子调整所述第一平均功耗包括：

根据第一平均功耗调整公式获得调整后的所述第一平均功耗，所述第一平均功耗调整公式包括：

其中，

进一步地，所述根据所述差分定位性能因子调整所述第二平均功耗包括：

根据第二平均功耗调整公式获得调整后的所述第二平均功耗，所述第二平均功耗调整公式包括：

其中，

本发明具有如下有益效果：

本发明实施例通过实时监测ARM内核CPU整体的第二平均功耗及内部的无线电PA模块的第一平均功耗，通过当前地理区域的干扰程度和当前装置每个定位状态下的连续时长共同进行分析，获得过度耗电评价指标和差分定位性能因子。过度耗电评价指标直观的表示当前装置下的功耗情况，差分定位性能因子表示了当前装置的定位性能，因此可根据这两个特征指标分别对第一平均功耗和第二平均功耗进行调整，使得整个定位装置稳定性更强，保证了充电维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例所提供的一种部队实兵交战器材北斗差分定位系统框图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种部队实兵交战器材北斗差分定位系统，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种部队实兵交战器材北斗差分定位系统的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种部队实兵交战器材北斗差分定位系统框图，该系统包括：

ARM内核CPU101、信息采集模块102、耗电评价模块103、差分定位性能评价模块104、过度耗能检测模块105和功耗调整模块106。

ARM内核CPU101包括无线电PA模块201，无线电PA模块201基于B-TrunC制式进行4G-LTE通信，因此起到传统GNSS的数字信号处理作用，从而使用高精度PVT算法解算定位结果。

ARM内核CPU101的高性能计算过程会带来较大的电耗，但计算结果更新速度较快，需要快速进行定位，收敛时能起到极高的定位性能。但是在定位完成，实兵交战器材静止时若没有进入休眠状态，持续进行高性能的定位，则会导致不必要的高能耗。由于本发明实施例提供的装置用于实兵交战器材，因此简单的休眠判定逻辑设计较为保守，对于能耗的控制较为粗糙，无法实现高精度的能耗调整。因此本发明实施例提出的定位装置通过后续模块对能耗的监测及量化整合，从而实现对能耗的精确调整，优化装置续航能力和定位性能。

信息采集模块102用于采集无线电PA模块的第一平均功耗、当前地理区域不同位置的干扰强度、ARM内核CPU的第二平均功耗和每个定位状态下的连续时长。对于信息采集模块102中采集的信息具体包括：

（1）对于无线电PA模块的第一平均功耗而言，由于位置不同以及定位系统的待机更新阈值不同，在进行定位时，定位产生的无线电PA模块的平均功耗也会不同，因此为了达到节能的目的，无线电PA模块产生的平均功耗可作为功耗分析中的重要特征数据。需要说明的是，第一平均功耗可通过电源管理技术获得，能够实现实时检测无线电PA模块在某个时间段内产生的第一平均功耗，其中电源管理技术为本领域技术人员熟知的技术手段，在此不做赘述。

（2）对于当前地理区域不同位置的干扰强度而言，在进行定位时，如果某个位置的干扰比较大，差分定位系统会因持续的位置漂移而不断重新解算位置及更新位置，使得定位信息更贴近实际估计结果，在这种地理环境下导致定位精度低的情况中，会有大部分电能资源被用于提高定位精度，需要说明的是，上述情况为保证定位结果质量的正常操作，但是如果在某个位置干扰情况不严重的情况下仍然使用比例较高的更新频率，则可视为一种电能浪费，需要对其进行控制。优选的，具体采集干扰强度的方法包括：根据当前地理区域的经纬度获得地理网格，根据定位结果在地理网格中的漂移误差作为每个位置的所干扰强度，漂移误差大小可根据具体实施场景具体设置，在此不做限定。

（3）对于ARM内核CPU的第二平均功耗而言，ARM内核的CPU执行复杂的解算结果，由于北斗卫星的搜星数量较多，RTK的实时平差解算较为消耗计算资源，因此北斗定位系统的ARM内核的CPU产生的第二平均功耗为重要的特征数据。第二平均功耗受到不同搜星数量、不同解算频率影响，由于每个实兵交战器材北斗差分定位装置对定位要求的精度在实战中会不同，因此在使用时，实际的数据刷新率、差分定位的解算进而平差迭代方式不同，因此最终产生的第二平均功耗也会不同。如果出现某一装置的第二平均功耗为异常值，异常高或者异常低，并且持续实际较长，能够一定程度说明当前位置的使用存在解算过程的计算浪费或者差分定位精度较差的问题。需要说明的是，第二平均功耗的获取方法与第一平均功耗获取方法相同。

（4）对于每个定位状态的连续时长而言，一般而言在实战定位过程中，绝大多数实兵交战器材的位置都不是持续移动的，因此在静止一段实际后，基于RTK或定位装置之间的平差计算，常见的漂移位置是能够被抑制的，当漂移距离低于某个阈值后，可认为当前定位结果较为准确，定位装置应处于低功耗定位状态，如果装置一直处于高刷新率定位状态，则可认为当前装置出现了电能浪费情况。如果高频定位的时长较短，或者断断续续处于高频解算状态，则说明当前定位方式较为节省能源。需要说明的是，由于定位的启用是通过插卡后进行操作，可将插卡后的启用信号产生的时间作为一个开始状态，由该开始状态对装置的高性能、低功耗的不同状态时长进行统计，具体统计方法为本领域技术人员熟知的技术手段，在此不做赘述。

信息采集模块102将信息采集完毕后，送入后续模块中进行数据分析。耗电评价模块103整合所有定位状态下的连续时长，获得时长序列，即根据所有定位状态的时序顺序将连续时长进行排序。需要说明的是，不同位置下的时长序列的长度是不同的，该数据与地理环境及器材移动情况相关，因为开始状态下的定位操作一定需要高功耗对定位信息进行解算，因此时长序列中的奇数位置的元素是高频定位时长，偶数位置的元素是处于低功耗时的时长。进一步根据预设采样频率和预设采样时间段构成第二平均功耗序列。

如果定位装置从开始状态到定位结束一直没退出高性能定位状态，则一定存在系统管理的误判，导致一直处于高能耗但定位效果不理想的浪费能源的状态。因此可根据时长序列中的元素数量及元素值对当前装置的耗电情况进行衡量。进一步的，考虑到第二平均功耗为ARM内核CPU的整体功耗信息，因此第二平均功耗也为判断当前装置的耗电情况的重要指标，根据采样时间段内的时长序列和第二平均功耗序列可获得过度耗电评价指标，具体包括：

根据过度耗电评价指标公式获得过度耗电评价指标，过度耗电评价指标公式包括：

其中，

过度耗电评价指标公式是根据上述指标之间的关系利用数学建模拟合获得，其中序列元素数量统计函数统计时长序列中的元素数量，元素数量越大，说明装置高低性能切换的越频繁，说明装置节电效果较好。

在本发明实施例中，为了避免因为战场中战术的快速转变造成最终评价较为保守，因此根据历史数据参考最近三次的数据，每次进行一次过度耗电评价指标的衡量，再取均值，获得最终评价。

差分定位性能评价模块104用于根据当前地理区域不同位置的干扰强度组成的干扰强度集合获得当前地理区域的干扰强度评分。如果当前地理区域内干扰强度均一致，都为干扰较低的情况，则各个定位装置的功耗理应相近。如果存在部分位置干扰强度特地低或者特别高，则装置会自适应的调整功耗，起到节能及准确定位的效果。因此需要对当前地理区域的整体干扰强度进行评价，根据评价确定当前装置调整功耗实现的性能是否达标。具体获得干扰强度评分的方法包括：

根据当前地理区域中不同位置上的预设权重构建初始空间权重矩阵。根据不同位置的欧式距离构建反距离模型，根据反距离模型对初始空间权重矩阵标准化，获得空间权重矩阵；根据空间权重矩阵和干扰强度集合获得z得分，将z得分取反，获得干扰强度评分，即将z值乘上-1，获得干扰强度评分。需要说明的是，空间统计的方法为本领域技术人员熟知的技术手段，在此对其具体内容不再赘述。

在本发明实施例中，空间权重矩阵中，将空旷位置权重设置为1，靠近岩石、建筑等的位置设定为0.3等。

因为干扰强度评分符合正态分布，因此在本发明实施例中，干扰强度评分在0处对应的P值最大，其中z值和P值为空间统计中的概念，为本领域技术人员熟知的现有技术，在此不做赘述。干扰强度评分是z值经过取反后的结果，因此如果干扰强度评分大于1，认为该地理区域被高值包围，呈现高值聚类，形成干扰比较高的区域空间聚集的特征；相反，如果小于-1则说明该地理区域被低值包围，呈现低值聚类，形成干扰比较低的空间聚集的特征。因此区域越异常干扰强度得分越大，符号代表随机干扰的方向，即异常的方向。

由于不同位置的差异，各个位置上的无线电PA模块的第一平均功率也会形成明显差异，各个位置的定位装置的待机更新阈值等参数也会存在差异并且存在变化，因此针对每个位置与其他位置的第一平均功耗大小获得功耗差异系数，具体包括：

统计当前地理区域中每个位置的第一平均功耗大小，获得中位数。以一减去当前定位位置上第一平均功耗与中位数的比值的绝对值作为功耗差异，根据功耗差异获得功耗差异系数。

需要说明的是，因为功耗差异系数后续需要在功耗调整中起到作用，因此在本发明实施例中对功耗差异系数进行量纲换算，换算后的功耗差异系数为

以干扰强度评分的绝对值和功耗差异系数的乘积作为差分定位性能因子。差分定位性能因子越大说明当前装置的差分定位性能越差，地理区域的环境越复杂，可能存在遮挡无线电信号的结构，在后续调节时可对装置的高功耗进行一定的程度的谅解。

过度耗能检测模块105用于根据定位过程中第二平均功耗的连续时长获得状态指标，过度耗能主要体现在长时间的处于高功耗状态下，因此结合第二平均功耗和连续时长即可共同判断当前装置是否长时间处于高功耗状态，通过状态指标的大小判断当前定位装置是否出现过度耗能状态具体包括：

根据状态指标公式获得状态指标，状态指标公式包括：

其中，

状态指标公式结合预设的标准值与实时数据的差异获得状态指标，在状态指标公式中，考虑到第二平均功耗存在采样频率，因此以整个定位过程中每个第二平均功耗与最佳定位功耗的差异均值作为分析数据，通过归一化函数及第二拟合函数对数据的调整，与一个常数进行做差，利用符号函数输出正值数据或者负值数据，其中差异均值越大，符号函数输出的值越容易为正值；第二项通过第三拟合函数对第一个连续时长进行修正，为定位装置留出一定空余时间，如果第一个连续时长较长，出现了超时，则符号函数输出的值越容易为正值。通过最大值函数挑选出两个符号函数输出值之间的最大值，判断定位装置是否出现过度耗能状态。在本发明实施例中，第二拟合参数设置为0.03，第三拟合参数设置为0.8。

若状态指标为正值，则认为当前定位装置出现过度耗能状态。

功耗调整模块106用于当定位装置处于过度耗能状态时，根据过度耗电评价指标和差分定位性能因子调整所述第一平均功耗，根据差分定位性能因子调整第二平均功耗。

第一平均功耗调整的方法具体包括：

根据第一平均功耗调整公式获得调整后的所述第一平均功耗，所述第一平均功耗调整公式包括：

其中，

在第一平均功耗调整公式中，以当前位置下整个定位过程中最大的第一平均功耗作为基准值，根据过度耗电评价指标和差分定位性能因子调整基准值，过度耗电评价指标越大，说明耗能越严重，则越将基准值调小；差分定位性能因子越大，说明当前定位效果越差，则需要放宽对装置高功率状态的限制，即差分定位性能因子越大，越不需要调小基准值。为了防止基准值的过分调整，以0.4作为限定比例系数，通过最小值选取函数选取最小值作为最终调整结果。

根据差分定位性能因子调整第二平均功耗具体包括：

根据第二平均功耗调整公式获得调整后的第二平均功耗，第二平均功耗调整公式包括：

其中，

在第二平均功耗调整公式中，以调整前的第二平均功耗作为基准值，基准值与标准值的差异结合差分定位性能因子获得调整量，目的在于将调整前的第二平均功耗尽可能的向最佳定位功耗靠拢，其中差分定位性能因子的作用与第一平均功耗调整公式中的作用相同，均是为了给予定位装置一定的缓冲空间，在定位效果较差的时候避免过分调整功耗导致定位效果更差。

需要说明的是，具体的第一平均功耗和第二平均功耗的调整操作方式均为本领域技术人员熟知的现有技术，例如提高4G模块的通信间隔，降低PVT算法解算频率、降低北斗定位的解算频率等，通过选用某个或者某些操作，实现降低功耗的目的，具体选用何种操作在此不做限定。

综上所述，本发明实施例通过信息采集模块采集定位装置的功耗数据、环境干扰特征和定位状态的时长特征。通过耗电评价模块结合时长特征和功耗数据获得过度耗电评价指标，通过差分定位性能评价模块结合环境干扰特征和功耗数据获得差分定位性能因子。过度耗能检测模块根据功耗数据和时长特征判断装置是否出现过度耗能状态，功耗调整模块根据过度耗电评价指标和差分定位性能因子对过度耗能状态下的定位装置进行功耗调节。本发明实施例通过对定位过程产生的电力功耗数据进行采集并进行处理量化，通过量化后的指标对装置产生的功耗进行调整，实现了定位装置的节能效果，保证了装置的运行稳定性。

发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

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。