一种基于DAMA信号的卫星定位系统的制作方法

本发明属于卫星定位，具体涉及一种基于dama信号的卫星定位系统。

背景技术：

1、传统基于 dama 信号的卫星定位系统采用“采集落盘、逐级读盘处理”的批处理架构：信号采集设备接收卫星 dama 射频信号，经数字化采样后将原始采样数据完整写入本地磁盘或存储阵列；后续信号检测、时频差提取、定位解算三个处理环节，均需从磁盘中读取原始数据文件，依次完成处理并输出结果。存在的问题包括：

2、1）原始数据磁盘 io 成为核心性能瓶颈：全流程原始数据的读写均依赖磁盘，单路采集写入与多路处理读取会造成磁盘 io 冲突，高并发场景下磁盘带宽迅速饱和，数据排队等待严重；同时磁盘随机读写性能低，无法支撑多模块并行读取不同信道的原始数据，处理时延居高不下。

3、2）处理启动延迟高，无法实现流式处理：需等待单段原始数据完整落盘后，处理模块才能启动读取与计算，无法实现 “边采集、边处理” 的流式作业，难以适配实时定位需求。

4、3）扩展能力受限：新增处理节点需同步扩容存储阵列与磁盘带宽，成本高且部署周期长；面对 dama 信号突发并发的业务波动，无法快速弹性扩展处理能力。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于 redis 有序集时序存储的 dama 信号高速卫星定位系统。采用 redis 有序集合承载原始采集热数据，仅保留最近最新数据存储在内存中，以控制内存占用；设计统一的时序数据适配读取模块，自动适配redis 内存热数据与磁盘冷数据，对上层业务完全透明；结合异步落盘备份机制，兼顾实时处理的低时延、内存资源的低成本与全量数据的可追溯性。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种基于dama信号的卫星定位系统，包括：dama信号采集模块、redis原始数据共享存储层、时序数据适配读取模块、信号检测模块、时频差提取模块、定位解算与输出模块；

4、所述redis原始数据共享存储层为分布式redis集群，作为唯一的原始采集数据共享存储层，替代传统磁盘的原始数据交互功能；

5、所述dama信号采集模块对接卫星dama信道，完成射频信号接收、下变频及ad采样数字化，生成携带卫星编号、高精度时间戳、频点、采样率标识的原始采样数据，实时写入所述redis集群，同时启动独立异步线程将原始数据批量写入磁盘落盘留底，落盘操作不阻塞实时处理链路；

6、所述信号检测模块、时频差提取模块、定位解算与输出模块依次串行处理，均通过所述时序数据适配读取模块从所述redis集群拉取对应信道的原始采样数据，完成处理后输出定位结果。

7、具体的，所述redis原始数据共享存储层采用有序集合结构存储数据：以“卫星编号-频点-采样率”为key，集合中每个元素的score为采样数据的高精度时间戳，value为对应时间片段的原始采样数据；配置数据自动过期策略，超过预设保留时长的原始数据自动清理；支持通过zrangebyscore指令实现毫秒级时间范围查询，保证数据按时序返回。

8、具体的，所述时序数据适配读取模块为独立服务单元，向上层所有处理模块提供统一的数据读取接口，屏蔽底层redis内存热数据与磁盘冷数据的存储差异，对上层业务完全透明，实现冷热数据的无感知读取。

9、具体的，所述信号检测模块采用多节点并行计算集群部署，按频点分配处理节点，单节点仅处理同一频点的数据，支持独立弹性扩缩容；

10、所述信号检测模块内置重叠缓存机制：当新一帧采集数据输入时，将新数据按时间顺序追加到重叠缓存区的尾部，形成包含“上一帧尾部重叠段+当前帧全量数据”的连续检测数据段；对拼接后的连续数据段执行信号检测逻辑，识别dama信号帧头、检测信号长度，完成有效信号识别与参数提取；当前数据段检测完成后，丢弃缓存区头部旧数据，仅截取当前连续数据段尾部的长度等于最大信号时长的采样数据，更新为新的重叠缓存，等待下一帧数据到达后重复拼接检测。

11、具体的，所述时频差提取模块采用多节点并行计算单元，接收信号检测模块输出的有效信号检测结果，通过时序数据适配层从redis集群拉取对应原始信号数据，针对同一目标的多星信号数据，采用互相关算法计算到达时间差，基于多普勒频移计算到达频率差，输出时频差结果参数。

12、具体的，所述定位解算与输出模块采用分布式解算节点池，接收时频差参数，结合实时卫星星历、站址坐标数据，采用最小二乘或卡尔曼滤波算法完成目标位置解算，输出定位坐标、精度因子、解算时间戳至业务终端与可视化平台。

13、一种基于dama信号的卫星定位方法，用于本发明的系统，包括以下步骤：

14、s1、dama信号采集与redis写入：采集模块对接对应通道接收射频信号，完成ad采样后为每帧数据打上卫星编号、时间、频点、采样率标识，实时写入redis集群对应数据分片；同时启动独立异步线程按时间窗口批量将原始数据写入磁盘落盘，落盘失败不影响实时处理链路；

15、s2、信号检测：信号检测节点监听redis中各信道的数据写入状态，按时间窗口拉取待处理的原始采样数据，逐帧执行信号检测算法，识别有效dama信号帧，输出信号的起始位置和信号长度；

16、s3、时频差参数提取：时频差提取模块接收有效信号数据，对同一目标的同频点多星同步信号，通过互相关运算与频率估计，计算得到两两卫星间的时间差、频率差参数，将时频差结果传递至定位解算模块；

17、s4、定位解算与结果输出：定位解算模块接收时频差参数，读取对应时刻的卫星星历数据，执行定位解算得到目标经纬度、高程、速度信息，解算结果实时推送至下游业务系统。

18、具体的，步骤s2中所述信号检测的具体实现包括：

19、设置重叠缓存区，新数据按时间顺序追加到重叠缓存区尾部，形成连续检测数据段；

20、对连续检测数据段按时间顺序串行扫描帧头特征、检测信号长度，完成有效信号识别与参数提取；

21、检测完成后，丢弃缓存区头部旧数据，仅保留长度为最大信号时长的尾部数据作为新的重叠缓存，等待下一帧数据到达后重复拼接检测。

22、具体的，步骤s1中所述redis集群按“卫星编号-频点-采样率”进行数据分片，配置数据自动过期策略，保留时长根据业务需求预设，过期数据自动清理以释放内存空间。

23、具体的，所述方法还包括冷热数据协同读取步骤：上层处理模块通过时序数据适配读取模块请求数据时，优先从redis集群读取热数据；当请求数据超出redis保留时长时，时序数据适配读取模块自动从磁盘读取冷数据并返回，对上层处理模块完全透明。

24、本发明的有益效果是：

25、1) 构建了仅以 redis 承载原始数据的单源共享存储架构，用内存级读写替代传统磁盘io完成原始数据的写入与读取，从根源上消除原始数据磁盘读写瓶颈，单帧数据读写时延降低两个数量级。

26、2）设计了“实时 redis 写入与异步磁盘落盘” 的双路数据分流机制，主处理链路全程基于内存运行，磁盘仅作为离线存档旁路，不占用实时处理资源，兼顾了处理实时性与数据可追溯性。

27、3）实现了多处理模块基于同一份 redis 原始数据的并行处理模式，避免原始数据多份拷贝与重复io；支持多节点同时读取不同频点的数据，系统并发处理能力随计算节点数量近似线性增长，适配dama信号突发高并发的接入特性。

28、4）配套了按信道分片加自动过期的redis数据管理策略，保证单信道数据读写的局部性与连续性，同时自动清理过期数据释放内存，在保证处理性能的前提下控制内存资源开销。