基于北斗全球短报文通信的卫星轨道钟差改正数编码方法技术

本发明专利技术提供一种基于北斗全球短报文通信的卫星轨道钟差改正数编码方法，在北斗全球短报文字节限制内，以提高实时精密单点定位精度和收敛速度为目标，以空间信号测距误差SISRE最小为原则实现编码，按照卫星轨道、钟差改正数的有效范围和卫星高度角对卫星数据进行判断选择卫星；卫星轨道钟差改正数的数据处理和编码，包括以空间信号测距误差SISRE最小的原则，确定卫星径向、法向、切向轨道改正数和钟差改正数的数据长度和编码尺度，将每颗卫星的径向、法向、切向轨道改正数和钟差改正数，按照编码规定的尺度取整数，最后将头文件和取整后的卫星数据转换成二进制；按照编码格式规定的顺序依次添加信息，并补0、添加计算CRC校验码，形成完整的电文。

【技术实现步骤摘要】
基于北斗全球短报文通信的卫星轨道钟差改正数编码方法
本专利属于GNSS导航定位领域，是利用北斗全球短报文通信功能播发卫星轨道钟差改正数的编码方法，以实现实时精密定位。
技术介绍
世界上目前共有GPS、BDS、Galileo和GLONASS四大全球卫星导航系统，我国的北斗卫星导航系统是唯一能够同时实现实时定位与短报文通信的系统，可为用户提供全天候高精度定位、精确授时与大范围、远距离实时短报文通信服务等。北斗实现的短报文通信能允许用户与用户、用户与地面控制中心之间进行双向数据传输。与GPRS/CDMA/3G等现有常见通信方式相比，北斗全球短报文能够实现卫星覆盖范围内的通信，在交通运输、国土资源、海事通信等领域中应用越来越广泛。北斗系统短报文传输数据具有如下特点：数据以明文形式进行传输；数据需要基于通信传输协议设计固定的报文格式；数据取值相对集中；单条报文传输的数据量和短报文服务的频率十分有限。GNSS实时精密定位需要的导航星历和各种卫星实时改正数据的传输都必须依赖其制定的通讯协议，通讯协议规定了数据交换的格式，以确保发送方与接收方能够正确传输数据。因此，数据编码格式是数据通讯的重要环节，只有兼容性和规范性强的数据格式标准才能确保快速、准确和可靠的数据传输。传输的格式(协议)随着传输信息内容与应用领域的不同也发生着变化。随着GNSS定位技术越来越成熟，为了满足差分数据传输的需求，国际上制定了多种差分协议应用于各种卫星数据的传输。目前，常用差分协议包括RTCM、CMR、RTCA，其中，RTCM协议的应用最为广泛。RTCM委员会于2013年提出了RTCM3.2，不但弥补了之前版本中结构设计上存在的明显缺陷，还增加和扩展了多种网络RTK信息，尤其是开始全面支持北斗卫星系统。RTCM3.2版本采用的是SC-104公布的版本标准，使用OSI标准参考模型定义了5个层面——物理层、数据链路层、传输层、表示层以及应用层。对于编码和解码而言，最重要的是传输层和表示层。传输层定义了RTCM3.2的数据结构，以及传输协议和校验方法，并以二进制形式进行数据传输。表示层定义了整个数据结构细节上的详细规则，如数据字段、消息类型等方面，其中数据以位为存储单位，有效减少了传输数据的长度，对于没有占用的字节位用“0”补满。RTCM3.2编码的电文有着充足的数据空间，以GPSSSR为例，其径向、切向、法向轨道和钟差改正数的单条数据长度分别为22bits、20bits、20bits、22bits，尺度分别为0.1mm、0.4mm、0.4mm、0.1mm，每颗卫星的改正信息长度为92bits。考虑到每条北斗全球短报文存在560bits的数据长度限制，为了保障卫星轨道钟差改正数精度以实现高精度定位，用户无法采用RTCM3.2的编码方案。另一方面，各项改正数影响GNSS精密单点定位精度的程度不同，各项改正数编码损失精度相同的编码方法对于GNSS定位而言并非最理想的方法。所以，在参考RTCM格式的基础上，本专利提出了一种更适合GNSS实时精密单点定位的北斗全球短报文播发卫星轨道钟差数据编码方法。
技术实现思路
现有技术主要存在以下改进障碍：1)每条短报文数据长度为560bits，对每颗卫星的改正信息长度限制很大，无法采用常规的编码方案。2)为保障精密定位性能，在数据长度的限制下，尽可能减少精密轨道差分改正信息的编码损失及其对定位的影响，需要提出新的编码方案。本专利技术提供的技术方案为一种基于北斗全球短报文通信的卫星轨道钟差改正数编码方法，在北斗全球短报文字节限制内，以提高实时精密单点定位精度和收敛速度为目标，以空间信号测距误差SISRE最小为原则，实现编码的过程包括以下步骤，步骤1，选择播发改正数的卫星，包括按照卫星轨道、钟差改正数的有效范围和卫星高度角对卫星数据进行判断，选择满足要求的卫星；步骤2，卫星轨道钟差改正数的数据处理和编码，实现方式如下，首先，以空间信号测距误差SISRE最小的原则，确定卫星径向、法向、切向轨道改正数和钟差改正数的数据长度和编码尺度；然后将每颗卫星的径向、法向、切向轨道改正数和钟差改正数，按照编码规定的尺度取整数；最后，将头文件和取整后的卫星数据转换成二进制；步骤3，按照编码格式规定的顺序，将头文件、卫星标识和卫星轨道钟差改正数信息依次添加进全球短报文电文中，并通过补0使编码后总长度为整数字节，最后计算CRC校验码，添加到电文的末尾，形成一条完整的电文。而且，步骤1中，当判断某卫星改正数值超出有效范围时，或者卫星截至高度角低于5°时，该颗卫星不参与选星；然后按照卫星高度角由高到低的顺序选择最多10颗卫星进行编码。而且，每条全球短报文编码一个卫星导航系统的最多10颗卫星轨道钟差改正数信息，由22bits消息头、32bits卫星标识、最大480bits轨道钟差改正数信息和24bits的CRC校验组成。而且，对头文件的处理，采用如下表所示的格式，头文件的组成包括8bits的同步码，标识一个数据包的开始；12bits的时间标识；2bits的系统标识，00表示播发北斗，01表示播发GPS，10表示播发GLONASS，11表示播发Galileo。而且，对北斗短报文一条完整电文的数据处理，采用如下表所示的格式，编码类型单位(bits)消息头22卫星标识3210颗卫星改正信息数据480CRC校验24合计558<560全球短报文播发的改正信息由每颗卫星的星历龄期，轨道径向、切向、法向改正数和钟差改正数组成，每条短报文的数据长度为560bits，且需要最多播发10颗卫星的改正信息，所以除去头文件和CRC校验所需的78bits，每颗卫星的改正信息长度为48bits，其中星历龄期为8bits。而且，播发10颗卫星的改正信息时，全球短报文通信下卫星轨道钟差改正数编码格式如下表，参数bits尺度有效范围单位星历龄期810-255轨道径向改正数110.004±4.092米轨道法向改正数90.032±8.160米轨道切向改正数90.032±8.160米钟差改正数110.007±7.161米1颗卫星合计4810颗卫星合计480解码时按相应方式进行。本专利技术是一项基于北斗全球短报文通信功能的实时精密轨道和钟差产品编码方法，应用于Mul本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于北斗全球短报文通信的卫星轨道钟差改正数编码方法，其特征在于：在北斗全球短报文字节限制内，以提高实时精密单点定位精度和收敛速度为目标，以空间信号测距误差SISRE最小为原则，实现编码的过程包括以下步骤，/n步骤1，选择播发改正数的卫星，包括按照卫星轨道、钟差改正数的有效范围和卫星高度角对卫星数据进行判断，选择满足要求的卫星；/n步骤2，卫星轨道钟差改正数的数据处理和编码，实现方式如下，/n首先，以空间信号测距误差SISRE最小的原则，确定卫星径向、法向、切向轨道改正数和钟差改正数的数据长度和编码尺度；然后将每颗卫星的径向、法向、切向轨道改正数和钟差改正数，按照编码规定的尺度取整数；最后，将头文件和取整后的卫星数据转换成二进制；/n步骤3，按照编码格式规定的顺序，将头文件、卫星标识和卫星轨道钟差改正数信息依次添加进全球短报文电文中，并通过补0使编码后总长度为整数字节，最后计算CRC校验码，添加到电文的末尾，形成一条完整的电文。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗全球短报文通信的卫星轨道钟差改正数编码方法，其特征在于：在北斗全球短报文字节限制内，以提高实时精密单点定位精度和收敛速度为目标，以空间信号测距误差SISRE最小为原则，实现编码的过程包括以下步骤，
步骤1，选择播发改正数的卫星，包括按照卫星轨道、钟差改正数的有效范围和卫星高度角对卫星数据进行判断，选择满足要求的卫星；
步骤2，卫星轨道钟差改正数的数据处理和编码，实现方式如下，
首先，以空间信号测距误差SISRE最小的原则，确定卫星径向、法向、切向轨道改正数和钟差改正数的数据长度和编码尺度；然后将每颗卫星的径向、法向、切向轨道改正数和钟差改正数，按照编码规定的尺度取整数；最后，将头文件和取整后的卫星数据转换成二进制；
步骤3，按照编码格式规定的顺序，将头文件、卫星标识和卫星轨道钟差改正数信息依次添加进全球短报文电文中，并通过补0使编码后总长度为整数字节，最后计算CRC校验码，添加到电文的末尾，形成一条完整的电文。


2.根据权利要求1所述基于北斗全球短报文通信的卫星轨道钟差改正数编码方法，其特征在于：步骤1中，当判断某卫星改正数值超出有效范围时，或者卫星截至高度角低于5°时，该颗卫星不参与选星；然后按照卫星高度角由高到低的顺序选择最多10颗卫星进行编码。


3.根据权利要求2所述基于北斗全球短报文通信的卫星轨道钟差改正数编码方法，其特征在于：每条全球短报文编码一个卫星导航系统的最多10颗卫星轨道钟差改正数信息，由22bits消息头、32bits卫星标识、最大480bits轨道钟差改正数信息和24bits的CRC校验组成。


4.根据权利要求3所述基于北斗全球短报文通信的卫星轨道钟差改正数编码方法，其特征在于：对头文件的处理，采用如下表所示的格式，






头文件的组成包括8bits的同步码，标识一个数据包的开始；12bits的时间标识；2bits的系统标识，00表示播发北斗，01表示播发GPS，10表示播发GLONASS，11表示播发Galileo。


5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿涛，赵齐乐，谢新，马壮，程凌岳，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42