一種北鬥星曆收集的方法
2023-07-31 21:45:51
一種北鬥星曆收集的方法
【專利摘要】本發明提供了一種高靈敏度北鬥星曆收集的方法，當衛星信號較弱時，數據解調誤比特率較高，以字為單位收集衛星星曆數據的方法，能夠提高星曆解調靈敏度。另外，將子幀分割成由多個字組成的不同的極性區域，通過對比收集到的多組子幀數據，修正子幀中錯誤的字，校正不同極性區域的字的極性。從而收集到一個完整的、極性正確的子幀數據，進而收集完整的星曆數據。本發明可在較高的誤比特率情況下收集完整的北鬥衛星星曆數據，解調靈敏度高。
【專利說明】—種北鬥星曆收集的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及衛星導航【技術領域】，尤其涉及一種北鬥星曆收集的方法。
【背景技術】
[0002]衛星導航接收機捕獲並跟蹤多個衛星的信號，然後解調其中調製的導航數據。衛星導航接收機利用導航數據中的星曆數據解算衛星位置和時間模型，進而計算出用戶的位置。
[0003]根據I⑶所定義，北鬥衛星導航數據分為Dl和D2兩種類型。其中Dl導航電文由超幀、主幀和子幀組成。每個超幀36000比特，歷時12分鐘，由24個主幀組成；每個主幀1500比特，歷時30秒，由5個子幀組成；每個子幀300比特，歷時6秒，由10個字組成；每個字20比特，歷時0.6秒。其中子幀I至子幀3循環播發星曆數據，所以每隔30秒就可以
收到一套星曆數據。
[0004]D2導航電文由超幀、主幀和子幀組成。每個超幀180000比特，歷時6分鐘，由120個主幀組成；每個主幀1500比特，歷時3秒，由5個子幀組成；每個子幀300比特，歷時0.6秒，由10個字組成；每個字20比特，歷時0.06秒。其中子幀I播發星曆數據，由10個頁面分時發送。所以每隔30秒可以收到一套星曆數據。
[0005]北鬥衛星導航數據以字為單位進行BCH (15，11，I)加交織的編碼。BCH編碼對數據極性不敏感，即一組經過BCH編碼的數據，完全翻轉後，仍然能夠通過BCH校驗，所以不能單獨校正北鬥衛星星曆中的字的極性。
[0006]每個子幀由若干字組成，第一個字中包含了一組固定的數據，稱為幀同步碼或幀頭，例如ICD所定義的北鬥的幀同步碼為「11100010010」。根據幀頭的極性校正子幀的極性，若接收到的幀同步碼為「11100010010」，則說明該子幀為正極性；若接收到的幀同步碼為「00011101101」，則說明該子幀為負極性，此時需要將整個子幀中的字的極性全部取反。
[0007]由於單個字不能自我校正極性，所以只能以子幀為單位，根據幀頭的極性校正子幀內的字。如果子幀幀頭之後的某個字發生了錯誤，那麼該錯誤字後續的字極性就有可能發生翻轉。此時這些字雖然BCH校驗通過，但是解調出來的數據卻是錯誤的，所以傳統的處理方法是按照子幀為單位收集星曆數據，即要求整個子幀中所有的字都正確。
[0008]當衛星信號質量較好時，誤比特率很低，可以得到完整的子幀，進而得到完整的星曆，因此可以快速利用星曆數據解算衛星位置，進而定位。但是當衛星信號較弱時，解調的誤比特率很大，接收機長時間不能收到一個完整、無錯誤字的子幀，繼而無法得到完整的星曆，所以接收機長時間不能定位。
[0009]另外，北鬥導航數據的編碼格式，決定了每個子幀只能依靠幀頭的極性調整該子幀數據的極性。一旦子幀中某個字發生了錯誤，該錯誤可能是由於接收機跟蹤環路失鎖造成的解調數據錯誤，接收機再次跟蹤穩定後，可能與之前的數據相位發生了翻轉，所以後續的解調出的數據極性也會隨之翻轉，並且該翻轉無法通過字的校驗進行校正。
[0010]根據ICD定義，北鬥星曆數據的更新周期為I個小時，因此在更新周期內，接收機可重複收到多個內容一致的星曆數據。每一套星曆數據發生錯誤字的位置是隨機的，所以通過對比多套星曆數據，可以修正錯誤的字，拼湊出一套完整的星曆數據。但是北鬥電文由於每個字不能自我校正極性，所以傳統的拼湊方法不能直接應用到北鬥星曆數據的收集中。
[0011]因此，本領域的技術人員致力於開發一種能夠在弱信號下，檢測電文正確性，收集電文數據的北鬥星曆收集方法。
【發明內容】
[0012]有鑑於現有技術的上述缺陷，本發明提供了一種高靈敏度的北鬥星曆的收集方法。
[0013]為實現上述目的，本發明提供了一種北鬥星曆收集的方法，其特徵在於，採用衛星導航接收機跟蹤一顆或多顆北鬥衛星信號；所述信號包括北鬥衛星星曆數據，所述北鬥衛星星曆數據由頁、幀、子幀、字組成，一套北鬥衛星星曆數據的內容在一段時間內保持不變，並循環播發；所述衛星導航接收機持續接收並對多個相同子幀的北鬥衛星星曆數據進行校正和收集，得到正確、完整的北鬥衛星星曆數據。
[0014]其中，衛星導航接收機能夠解調衛星信號上調製的導航數據。
[0015]優選地，所述衛星導航接收機包括一個或多個跟蹤通道以連續跟蹤一顆或多顆北鬥衛星信號。
[0016]優選地，所述北鬥星曆數據包括Dl類型和D2類型，Dl類型星曆歷時30秒，由3個子幀組成，每個子幀包括10個字；D2類型星曆歷時30秒，由10個子幀組成，每個子幀包括5個字。
[0017]優選地，一套北鬥星曆在更新周期內，北鬥星曆數據內容保持不變，並循環播發。
[0018]相比一套北鬥星曆數據的持續時間30秒，北鬥星曆的更新周期較長，如I小時。
[0019]優選地，每個子幀包括幀頭，每個子幀極性由幀頭極性校正。
[0020]優選地，子幀中發生誤比特的字其後的字的極性改變或不改變。
[0021]發生誤比特的字，之後的字即使校驗正確，極性也有可能發生改變。
[0022]優選地，星曆收集算法以字為單位收集完整的子幀，進而收集到完整的星曆數據。
[0023]優選地，子幀頭的極性是正確的，用於校正後續數據極性。
[0024]優選地，所述衛星導航接收機持續接收並對多個相同子幀的北鬥衛星星曆數據進行校正和收集，得到正確、完整的北鬥衛星星曆數據是通過分成不同的極性區域，對相同衛星的多個數據進行對比，檢查數據的更新，修正錯誤的字，校正極性不確定的字的極性實現。
[0025]優選地，對多個相同子幀的北鬥衛星星曆數據進行校正和收集，得到正確、完整的北鬥衛星星曆數據中對每一個輸入的子幀處理方法為:
[0026]第一步，檢測輸入的子幀的幀頭是否匹配，如果不匹配則拋棄該子幀數據，結束處理，如果匹配則進入下一步；
[0027]第二步，檢查幀頭極性，如果是正極性，不用處理，進入下一步；如果是反極性，那麼把該子幀數據全部取反，然後進入下一步；
[0028]第三步，檢查子幀中包含子幀號數據的字是否校驗正確，如果不正確則拋棄該子幀數據，結束處理；如果校驗正確，則提取子幀號fralD，對於星曆數據的收集只需要處理子幀I?子幀3，判斷子幀號fralD的範圍，如果不是星曆數據，則結束處理，如果子幀號fralD的範圍是星曆數據，則進入下一步；
[0029]第四步，採用輸入的子幀號為fralD的子幀數據對所述衛星導航接收機中已經具有的子幀號為fralD的子幀數據進行修正；
[0030]第五步，檢測所述衛星導航接收機中存儲的修正後的子幀號為fralD的子幀是否正確、完整，如果不滿足，則結束處理；如果滿足正確、完整，則進行星曆數據正確、完整性檢測，即檢測子幀I?子幀3的正確、完整性，如果檢測星曆數據正確、完整，則標記星曆可用，否則結束處理。
[0031]本發明提供了一種高靈敏度北鬥衛星星曆收集的方法，能夠在較弱衛星信號下，克服誤比特率較高情況下，對多套北鬥衛星星曆數據進行修正和收集，從而得到一個正確完整的北鬥星曆數據，用於衛星導航接收機定位。北鬥衛星導航星曆循環播發，在信號比較弱的時候，誤比特率較高，很難得到連續的完整的一套星曆數據。因此可以利用不同時間得到導航電文數據拼湊出一套完整的星曆數據。傳統可以子幀為單位，收集一套星曆數據，當誤比特率更高，一個完整的子幀也難以得到。本發明以字為單位收集星曆數據，可以得到更高的星曆數據解調靈敏度。
[0032]本發明以字為單位進行收集，得到完整的星曆數據。北鬥衛星導航系統使用BCH(15, 11，I)加交織編碼，單個字不能校正極性，只能依靠子幀的幀頭極性調整整個子幀的極性。在以字為單位收集星曆數據的時候，需要調整字的極性。
[0033]本發明採用將子幀分割為不同的極性區域，通過多次收集子幀，校正由於錯誤字導致的後續字極性不確定性。從而最終收集齊完整、極性正確的子幀。最終得到完整的星曆。
[0034]所述的按字收集星曆的方法適用於北鬥的Dl、D2星曆，以及曆書數據、電離層等導航數據。同時也可用於其他衛星導航系統的導航電文收集。
[0035]本發明按字收集北鬥衛星的星曆數據，提高了電文收集的靈敏度。將子幀分割成不同的極性區域，從而校正不同時刻收集到字的極性。經過多次收集，得到完整的星曆數據，用於衛星導航接收機定位。
[0036]以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以使本領域的技術人員充分地了解本發明的目的、特徵和效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1是本發明一個較佳實施例中的北鬥衛星導航數據Dl的電文結構示意圖。
[0038]圖2是本發明一個較佳實施例中的北鬥衛星導航數據Dl的電文的子幀示意圖。
[0039]圖3是本發明一個較佳實施例中的北鬥星曆數據收集的方法流程圖。
[0040]圖4是圖3所示的方法中子幀的收集處理示例圖。
[0041]圖5是圖3所示的方法中子幀的收集方法流程圖。
【具體實施方式】
[0042]以下結合實施例來具體說明本發明的較佳實施例。[0043]圖1示出了本發明一個較佳實施例中的北鬥衛星導航數據Dl的電文結構示意圖。如圖1所示，101a、101b、IOlc為主幀，或稱為頁面，歷時30秒。由24個連續的主幀組成一個超幀，一個超幀歷時12分鐘。主幀IOla又可分為5個子幀,其中子幀1、子幀2、子幀3包含了星曆數據，是衛星軌道和時間模型的參數；子幀4、子幀5包含了曆書、電離層等其他數據。每個子幀由10個字組成，每個字用2組BCH(15，11，I)並交織編碼。
[0044]正確、完整的子幀1、子幀2和子幀3數據稱為一套星曆數據，是衛星導航接收機正常定位工作的必要條件。一套星曆數據中任何一個子幀或任何一個字或任何一個比特錯誤都可能會導致衛星導航接收機定位的錯誤，因此衛星導航接收機要求接收到的星曆數據是完整的子幀1、子幀2和子幀3且無錯誤數據存在。
[0045]每一個主幀如101a、101b、101c都包含一套完整的星曆數據。另外，星曆數據更新周期為I個小時。在I個小時內，星曆數據以30秒為周期不斷的重複播發。這些重複播發的星曆數據內容是一致的，因此可以使用不同主幀的子幀拼湊成一個完整有效的星曆數據，例如使用主幀IOla的子幀1，加上主幀IOlb的子幀2，加上主幀IOlc的子幀3組合在一起，湊成一套完整的星曆數據用於接收機定位。當衛星信號較弱時，誤比特率較大，在一個主幀得到連續、完整、正確的一套星曆數據的概率很小，需要使用拼湊的方法收集星曆數據。如果衛星信號進一步減弱，一個連續、完整、正確的子幀也很難接收到，此時需要使用不同主幀、不同子幀中的字來拼湊成一個完整、正確的星曆數據。
[0046]圖2是本發明一個較佳實施例中的北鬥衛星導航數據Dl的電文的子幀示意圖。圖2中，正極性的子幀數據201和反極性的子幀數據202都是正確的子幀數據。衛星導航接收機內部的跟蹤環路在接收數據時對其極性不敏感，所以收集的子幀有可能是正極性的也可能是反極性的。其中正極性的子幀數據201可以按照ICD的規定提取導航參數。反極性的子幀數據需要全部取反，變成正極性後才可使用。北鬥衛星的導航數據可以根據子幀第一個字Wl中的幀頭判斷極性。如果幀頭是「10101011」則說明該子幀是如201所示的正極性。如果幀頭是「01010111」則說明子幀是如202所示的反極性，需要將該子幀全部反相，即根據Wl中的幀頭將得到的子幀數據調整成正極性。
[0047]圖2中的子幀203在字W4和W7處發生了錯誤205a、205b，因此子幀203被分割成了 3 個極性區域 204a、204b、204c。
[0048]使用BCH校驗可以檢測出字是否發生了錯誤，如果BCH校驗結果顯示有誤比特發生，那麼該字就錯誤，如205a、205b。然而BCH校驗是不區分極性的，即BCH校驗結果顯示正確的字，仍然不能判斷其是正極性還是反極性。
[0049]其中極性區204a由於包含Wl，Wl其中有幀頭，可以校正極性，204a是正極性的。一旦發生某個字發生錯誤，則後續的數據有可能發生極性翻轉，所以即使BCH校驗通過，依然不能使用。例如在205a處發生了錯誤，導致後續的數據一區域204b極性發生了翻轉，變成了負極性；同樣地，在205b處發生的錯誤又導致區域204c變成正極性。由於不能確定在發生錯誤處，衛星導航接收機跟蹤環路是否發生翻轉或發生了幾次翻轉，所以發生錯誤字後的數據極性難以確定。
[0050]但是在同一個區域204b內的W5和W6，可假定是相同的極性。
[0051]圖3本發明一個較佳實施例中北鬥星曆數據收集的方法流程圖。如圖3所示，當衛星導航接收機收集到一個子幀的數據後:[0052]第一步，檢測幀頭是否匹配301，如果不匹配則拋棄該子幀數據，結束處理302。
[0053]第二步,檢查巾貞頭極性303,如果是正極性，不用處理,進入下一步；如果是反極性，那麼把該子幀數據全部取反304。
[0054]第三步，檢查子幀中包含子幀號數據的字是否校驗正確305，如果不正確則拋棄該子幀數據，結束處理302 ;如果校驗正確，則提取子幀號fraID306。對於星曆數據的收集只需要處理子幀I?子幀3，因此，判斷子幀號fralD的範圍307，如果不是星曆數據，則結束處理302。
[0055]第四步，對輸入的子幀號為fralD的子幀數據和已經具有的子幀數據進行修正、拼湊、收集處理308。
[0056]第五步，檢測子幀號為fralD的子幀是否完整且正確309，如果不正確，則結束處理302 ;如果正確，則進行星曆數據正確性檢測301，需要檢測子幀I?子幀3的連續、完整性。如果檢測星曆數據正確完整，則標記星曆可用311，否則結束處理302。
[0057]圖4是圖3所示的方法中子幀的收集處理示例圖。如圖4所示，第一次輸入子幀401，該子幀中第3個字W3和第8個字W8錯誤。由於該子幀401是接收機第一次接收到的子幀數據，所以直接存儲，在接收機中存儲為子幀404。接收機中存儲的子幀404，沒有第3個字和第8個字數據。由於第3個字的錯誤，引起後續字的極性發生翻轉，所以404b為負極性區域。
[0058]第二次輸入子幀402，由於字W5、W6、W7錯誤，子幀402分成兩個極性區域402a和402b。本地子幀數據404的字W3空缺，所以402a區域數據賦值給本地存儲，另外輸入子幀402的第4個字W4與存儲子幀404的第4個字?W4極性相反，所以說明本地子幀的區域404b的極性是負極性，則將404b區域的字第4、5、6、7字反相。輸入子幀402的第8個字是正確的，比較404c和402b中的第9第10字相同，所以直接將402b區域的三個字賦值到存儲子幀中，得到本地子幀405。本地子幀405分為兩個區域405a和405b，405b區域為負極性。
[0059]第三次輸入子幀403的區域403c包含第7個字?W7，與本地存儲子幀405的第7個字W7比較，兩者極性相反。因為本地存儲子幀405的區域405a包含第一個字W1，所以肯定是正極性的，所以說明輸入子幀403的區域403c是負極性的。比較405的405b區域中與403的403c區域中對應的第8、9字，兩者極性相同，因為403c為負極性，所以可知405b也是負極性，那麼405b區域內字8、9、10的極性翻轉。最後得到存儲子幀406，此時子幀406已經只包括一個極性區域406a，所以是一個完整的子幀。
[0060]圖5是本發明一個較佳實施例中子幀的收集方法流程圖。
[0061]第一步501，按照字校驗的結果，將輸入子幀和存儲子幀分成不同的極性區域，初始化字索引Wld=O。
[0062]第二步502，判斷是否wld是否到子幀最後一個字，如果到了就結束處理503。否則下一步。
[0063]第三步504，檢測輸入子幀和存儲子幀中，包含wld的極性區域。取其中較大的區域為參考區域，並賦值給存儲子幀。檢測是否有重疊506，即如果wld是參考區域第一個字，可參考極性標誌，調整該賦值極性；如果wld是參考區域第一個字，無法調整極性，賦予該區域新的極性標誌。[0064]第四步509，wld指向賦值區域的下一個字，然後轉向第二步502。
[0065]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種北鬥星曆收集的方法，其特徵在於，採用衛星導航接收機跟蹤一顆或多顆北鬥衛星信號；所述信號包括北鬥衛星星曆數據，所述北鬥衛星星曆數據由頁、幀、子幀、字組成，一套北鬥衛星星曆數據的內容在一段時間內保持不變，並循環播發；所述衛星導航接收機持續接收並對多個相同子幀的北鬥衛星星曆數據進行校正和收集，得到正確、完整的北鬥衛星星曆數據。
2.如權利要求1所述的一種高靈敏度北鬥星曆收集的方法，其特徵是，所述衛星導航接收機包括一個或多個跟蹤通道以連續跟蹤一顆或多顆北鬥衛星信號。
3.如權利要求1所述的北鬥星曆收集的方法，其特徵在於，所述北鬥星曆數據包括Dl類型和D2類型，Dl類型星曆歷時30秒，由3個子幀組成，每個子幀包括10個字；D2類型星曆歷時30秒，由10個子幀組成，每個子幀包括5個字。
4.如權利要求1所述的北鬥星曆收集的方法，其特徵在於，一套北鬥星曆在更新周期內，北鬥星曆數據內容保持不變，並循環播發。
5.如權利要求1所述的北鬥星曆收集的方法，其特徵在於，每個子幀包括幀頭，每個子幀極性由幀頭極性校正。
6.如權利要求1所述的北鬥星曆收集的方法，其特徵在於，子幀中發生誤比特的字其後的字的極性改變或不改變。
7.如權利要求1所述的北鬥星曆收集的方法，其特徵在於，星曆收集算法以字為單位收集完整的子幀，進而收集到完整的星曆數據。
8.如權利要求1所述的北鬥星曆收集的方法，其特徵是，子幀頭的極性是正確的，用於校正後續數據極性。
9.如權利要求1所述的北鬥星曆收集的方法，其特徵是，所述衛星導航接收機持續接收並對多個相同子幀的北鬥衛星星曆數據進行校正和收集，得到正確、完整的北鬥衛星星曆數據是通過分成不同的極性區域，對相同衛星的多個數據進行對比，檢查數據的更新，修正錯誤的字，校正極性不確定的字的極性實現。
10.如權利要求1所述的北鬥星曆收集的方法，其特徵在於，對多個相同子幀的北鬥衛星星曆數據進行校正和收集，得到正確、完整的北鬥衛星星曆數據中對每一個輸入的子幀處理方法為: 第一步，檢測輸入的子幀的幀頭是否匹配，如果不匹配則拋棄該子幀數據，結束處理，如果匹配則進入下一步； 第二步，檢查幀頭極性，如果是正極性，不用處理，進入下一步；如果是反極性，那麼把該子幀數據全部取反，然後進入下一步； 第三步，檢查子幀中包含子幀號數據的字是否校驗正確，如果不正確則拋棄該子幀數據，結束處理；如果校驗正確，則提取子幀號fraID，對於星曆數據的收集只需要處理子幀I~子幀3，判斷子幀號fraID的範圍，如果不是星曆數據，則結束處理，如果子幀號fraID的範圍是星曆數據，則進入下一步； 第四步，採用輸入的子幀號為fraID的子幀數據對所述衛星導航接收機中已經具有的子幀號為fraI D的子幀數據進行修正； 第五步，檢測所述衛星導航接收機中存儲的修正後的子幀號為fraID的子幀是否正確、完整，如果不滿足，則結束處理；如果滿足正確、完整，則進行星曆數據正確、完整性檢.測，即檢測子幀I~子幀3的正確、完整性，如果檢測星曆數據正確、完整，則標記星曆可用，否則結束處理。
【文檔編號】G01S19/27GK103592661SQ201310608557
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】藺曉龍, 何文濤, 馮華星, 翟昆朋, 殷明, 胡曉峰, 王浩 申請人:中國科學院嘉興微電子與系統工程中心