CN103592661A - 一种北斗星历收集的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高灵敏度北斗星历收集的方法，当卫星信号较弱时，数据解调误比特率较高，以字为单位收集卫星星历数据的方法，能够提高星历解调灵敏度。另外，将子帧分割成由多个字组成的不同的极性区域，通过对比收集到的多组子帧数据，修正子帧中错误的字，校正不同极性区域的字的极性。从而收集到一个完整的、极性正确的子帧数据，进而收集完整的星历数据。本发明可在较高的误比特率情况下收集完整的北斗卫星星历数据，解调灵敏度高。

Description

一种北斗星历收集的方法

技术领域

本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种北斗星历收集的方法。

背景技术

卫星导航接收机捕获并跟踪多个卫星的信号，然后解调其中调制的导航数据。卫星导航接收机利用导航数据中的星历数据解算卫星位置和时间模型，进而计算出用户的位置。

根据ICD所定义，北斗卫星导航数据分为D1和D2两种类型。其中D1导航电文由超帧、主帧和子帧组成。每个超帧36000比特，历时12分钟，由24个主帧组成；每个主帧1500比特，历时30秒，由5个子帧组成；每个子帧300比特，历时6秒，由10个字组成；每个字20比特，历时0.6秒。其中子帧1至子帧3循环播发星历数据，所以每隔30秒就可以收到一套星历数据。

D2导航电文由超帧、主帧和子帧组成。每个超帧180000比特，历时6分钟，由120个主帧组成；每个主帧1500比特，历时3秒，由5个子帧组成；每个子帧300比特，历时0.6秒，由10个字组成；每个字20比特，历时0.06秒。其中子帧1播发星历数据，由10个页面分时发送。所以每隔30秒可以收到一套星历数据。

北斗卫星导航数据以字为单位进行BCH（15,11,1）加交织的编码。BCH编码对数据极性不敏感，即一组经过BCH编码的数据，完全翻转后，仍然能够通过BCH校验，所以不能单独校正北斗卫星星历中的字的极性。

每个子帧由若干字组成，第一个字中包含了一组固定的数据，称为帧同步码或帧头，例如ICD所定义的北斗的帧同步码为“11100010010”。根据帧头的极性校正子帧的极性，若接收到的帧同步码为“11100010010”，则说明该子帧为正极性；若接收到的帧同步码为“00011101101”，则说明该子帧为负极性，此时需要将整个子帧中的字的极性全部取反。

由于单个字不能自我校正极性，所以只能以子帧为单位，根据帧头的极性校正子帧内的字。如果子帧帧头之后的某个字发生了错误，那么该错误字后续的字极性就有可能发生翻转。此时这些字虽然BCH校验通过，但是解调出来的数据却是错误的，所以传统的处理方法是按照子帧为单位收集星历数据，即要求整个子帧中所有的字都正确。

当卫星信号质量较好时，误比特率很低，可以得到完整的子帧，进而得到完整的星历，因此可以快速利用星历数据解算卫星位置，进而定位。但是当卫星信号较弱时，解调的误比特率很大，接收机长时间不能收到一个完整、无错误字的子帧，继而无法得到完整的星历，所以接收机长时间不能定位。

另外，北斗导航数据的编码格式，决定了每个子帧只能依靠帧头的极性调整该子帧数据的极性。一旦子帧中某个字发生了错误，该错误可能是由于接收机跟踪环路失锁造成的解调数据错误，接收机再次跟踪稳定后，可能与之前的数据相位发生了翻转，所以后续的解调出的数据极性也会随之翻转，并且该翻转无法通过字的校验进行校正。

根据ICD定义，北斗星历数据的更新周期为1个小时，因此在更新周期内，接收机可重复收到多个内容一致的星历数据。每一套星历数据发生错误字的位置是随机的，所以通过对比多套星历数据，可以修正错误的字，拼凑出一套完整的星历数据。但是北斗电文由于每个字不能自我校正极性，所以传统的拼凑方法不能直接应用到北斗星历数据的收集中。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种能够在弱信号下，检测电文正确性，收集电文数据的北斗星历收集方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种高灵敏度的北斗星历的收集方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种北斗星历收集的方法，其特征在于，采用卫星导航接收机跟踪一颗或多颗北斗卫星信号；所述信号包括北斗卫星星历数据，所述北斗卫星星历数据由页、帧、子帧、字组成，一套北斗卫星星历数据的内容在一段时间内保持不变，并循环播发；所述卫星导航接收机持续接收并对多个相同子帧的北斗卫星星历数据进行校正和收集，得到正确、完整的北斗卫星星历数据。

其中，卫星导航接收机能够解调卫星信号上调制的导航数据。

优选地，所述卫星导航接收机包括一个或多个跟踪通道以连续跟踪一颗或多颗北斗卫星信号。

优选地，所述北斗星历数据包括D1类型和D2类型，D1类型星历历时30秒，由3个子帧组成，每个子帧包括10个字；D2类型星历历时30秒，由10个子帧组成，每个子帧包括5个字。

优选地，一套北斗星历在更新周期内，北斗星历数据内容保持不变，并循环播发。

相比一套北斗星历数据的持续时间30秒，北斗星历的更新周期较长，如1小时。

优选地，每个子帧包括帧头，每个子帧极性由帧头极性校正。

优选地，子帧中发生误比特的字其后的字的极性改变或不改变。

发生误比特的字，之后的字即使校验正确，极性也有可能发生改变。

优选地，星历收集算法以字为单位收集完整的子帧，进而收集到完整的星历数据。

优选地，子帧头的极性是正确的，用于校正后续数据极性。

优选地，所述卫星导航接收机持续接收并对多个相同子帧的北斗卫星星历数据进行校正和收集，得到正确、完整的北斗卫星星历数据是通过分成不同的极性区域，对相同卫星的多个数据进行对比，检查数据的更新，修正错误的字，校正极性不确定的字的极性实现。

优选地，对多个相同子帧的北斗卫星星历数据进行校正和收集，得到正确、完整的北斗卫星星历数据中对每一个输入的子帧处理方法为：

第一步，检测输入的子帧的帧头是否匹配，如果不匹配则抛弃该子帧数据，结束处理，如果匹配则进入下一步；

第二步，检查帧头极性，如果是正极性，不用处理，进入下一步；如果是反极性，那么把该子帧数据全部取反，然后进入下一步；

第三步，检查子帧中包含子帧号数据的字是否校验正确，如果不正确则抛弃该子帧数据，结束处理；如果校验正确，则提取子帧号fraID，对于星历数据的收集只需要处理子帧1～子帧3，判断子帧号fraID的范围，如果不是星历数据，则结束处理，如果子帧号fraID的范围是星历数据，则进入下一步；

第四步，采用输入的子帧号为fraID的子帧数据对所述卫星导航接收机中已经具有的子帧号为fraID的子帧数据进行修正；

第五步，检测所述卫星导航接收机中存储的修正后的子帧号为fraID的子帧是否正确、完整，如果不满足，则结束处理；如果满足正确、完整，则进行星历数据正确、完整性检测，即检测子帧1～子帧3的正确、完整性，如果检测星历数据正确、完整，则标记星历可用，否则结束处理。

本发明提供了一种高灵敏度北斗卫星星历收集的方法，能够在较弱卫星信号下，克服误比特率较高情况下，对多套北斗卫星星历数据进行修正和收集，从而得到一个正确完整的北斗星历数据，用于卫星导航接收机定位。北斗卫星导航星历循环播发，在信号比较弱的时候，误比特率较高，很难得到连续的完整的一套星历数据。因此可以利用不同时间得到导航电文数据拼凑出一套完整的星历数据。传统可以子帧为单位，收集一套星历数据，当误比特率更高，一个完整的子帧也难以得到。本发明以字为单位收集星历数据，可以得到更高的星历数据解调灵敏度。

本发明以字为单位进行收集，得到完整的星历数据。北斗卫星导航系统使用BCH(15,11,1)加交织编码，单个字不能校正极性，只能依靠子帧的帧头极性调整整个子帧的极性。在以字为单位收集星历数据的时候，需要调整字的极性。

本发明采用将子帧分割为不同的极性区域，通过多次收集子帧，校正由于错误字导致的后续字极性不确定性。从而最终收集齐完整、极性正确的子帧。最终得到完整的星历。

所述的按字收集星历的方法适用于北斗的D1、D2星历，以及历书数据、电离层等导航数据。同时也可用于其他卫星导航系统的导航电文收集。

本发明按字收集北斗卫星的星历数据，提高了电文收集的灵敏度。将子帧分割成不同的极性区域，从而校正不同时刻收集到字的极性。经过多次收集，得到完整的星历数据，用于卫星导航接收机定位。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以使本领域的技术人员充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中的北斗卫星导航数据D1的电文结构示意图。

图2是本发明一个较佳实施例中的北斗卫星导航数据D1的电文的子帧示意图。

图3是本发明一个较佳实施例中的北斗星历数据收集的方法流程图。

图4是图3所示的方法中子帧的收集处理示例图。

图5是图3所示的方法中子帧的收集方法流程图。

具体实施方式

以下结合实施例来具体说明本发明的较佳实施例。

图1示出了本发明一个较佳实施例中的北斗卫星导航数据D1的电文结构示意图。如图1所示，101a、101b、101c为主帧，或称为页面，历时30秒。由24个连续的主帧组成一个超帧，一个超帧历时12分钟。主帧101a又可分为5个子帧，其中子帧1、子帧2、子帧3包含了星历数据，是卫星轨道和时间模型的参数；子帧4、子帧5包含了历书、电离层等其他数据。每个子帧由10个字组成，每个字用2组BCH(15,11,1)并交织编码。

正确、完整的子帧1、子帧2和子帧3数据称为一套星历数据，是卫星导航接收机正常定位工作的必要条件。一套星历数据中任何一个子帧或任何一个字或任何一个比特错误都可能会导致卫星导航接收机定位的错误，因此卫星导航接收机要求接收到的星历数据是完整的子帧1、子帧2和子帧3且无错误数据存在。

每一个主帧如101a、101b、101c都包含一套完整的星历数据。另外，星历数据更新周期为1个小时。在1个小时内，星历数据以30秒为周期不断的重复播发。这些重复播发的星历数据内容是一致的，因此可以使用不同主帧的子帧拼凑成一个完整有效的星历数据，例如使用主帧101a的子帧1，加上主帧101b的子帧2，加上主帧101c的子帧3组合在一起，凑成一套完整的星历数据用于接收机定位。当卫星信号较弱时，误比特率较大，在一个主帧得到连续、完整、正确的一套星历数据的概率很小，需要使用拼凑的方法收集星历数据。如果卫星信号进一步减弱，一个连续、完整、正确的子帧也很难接收到，此时需要使用不同主帧、不同子帧中的字来拼凑成一个完整、正确的星历数据。

图2是本发明一个较佳实施例中的北斗卫星导航数据D1的电文的子帧示意图。图2中，正极性的子帧数据201和反极性的子帧数据202都是正确的子帧数据。卫星导航接收机内部的跟踪环路在接收数据时对其极性不敏感，所以收集的子帧有可能是正极性的也可能是反极性的。其中正极性的子帧数据201可以按照ICD的规定提取导航参数。反极性的子帧数据需要全部取反，变成正极性后才可使用。北斗卫星的导航数据可以根据子帧第一个字W1中的帧头判断极性。如果帧头是“10101011”则说明该子帧是如201所示的正极性。如果帧头是“01010111”则说明子帧是如202所示的反极性，需要将该子帧全部反相，即根据W1中的帧头将得到的子帧数据调整成正极性。

图2中的子帧203在字W4和W7处发生了错误205a、205b，因此子帧203被分割成了3个极性区域204a、204b、204c。

使用BCH校验可以检测出字是否发生了错误，如果BCH校验结果显示有误比特发生，那么该字就错误，如205a、205b。然而BCH校验是不区分极性的，即BCH校验结果显示正确的字，仍然不能判断其是正极性还是反极性。

其中极性区204a由于包含W1，W1其中有帧头，可以校正极性，204a是正极性的。一旦发生某个字发生错误，则后续的数据有可能发生极性翻转，所以即使BCH校验通过，依然不能使用。例如在205a处发生了错误，导致后续的数据——区域204b极性发生了翻转，变成了负极性；同样地，在205b处发生的错误又导致区域204c变成正极性。由于不能确定在发生错误处，卫星导航接收机跟踪环路是否发生翻转或发生了几次翻转，所以发生错误字后的数据极性难以确定。

但是在同一个区域204b内的W5和W6，可假定是相同的极性。

图3本发明一个较佳实施例中北斗星历数据收集的方法流程图。如图3所示，当卫星导航接收机收集到一个子帧的数据后：

第一步，检测帧头是否匹配301，如果不匹配则抛弃该子帧数据，结束处理302。

第二步，检查帧头极性303，如果是正极性，不用处理，进入下一步；如果是反极性，那么把该子帧数据全部取反304。

第三步，检查子帧中包含子帧号数据的字是否校验正确305，如果不正确则抛弃该子帧数据，结束处理302；如果校验正确，则提取子帧号fraID306。对于星历数据的收集只需要处理子帧1～子帧3，因此，判断子帧号fraID的范围307，如果不是星历数据，则结束处理302。

第四步，对输入的子帧号为fraID的子帧数据和已经具有的子帧数据进行修正、拼凑、收集处理308。

第五步，检测子帧号为fraID的子帧是否完整且正确309，如果不正确，则结束处理302；如果正确，则进行星历数据正确性检测301，需要检测子帧1～子帧3的连续、完整性。如果检测星历数据正确完整，则标记星历可用311，否则结束处理302。

图4是图3所示的方法中子帧的收集处理示例图。如图4所示，第一次输入子帧401，该子帧中第3个字W3和第8个字W8错误。由于该子帧401是接收机第一次接收到的子帧数据，所以直接存储，在接收机中存储为子帧404。接收机中存储的子帧404，没有第3个字和第8个字数据。由于第3个字的错误，引起后续字的极性发生翻转，所以404b为负极性区域。

第二次输入子帧402，由于字W5、W6、W7错误，子帧402分成两个极性区域402a和402b。本地子帧数据404的字W3空缺，所以402a区域数据赋值给本地存储，另外输入子帧402的第4个字W4与存储子帧404的第4个字～W4极性相反，所以说明本地子帧的区域404b的极性是负极性，则将404b区域的字第4、5、6、7字反相。输入子帧402的第8个字是正确的，比较404c和402b中的第9第10字相同，所以直接将402b区域的三个字赋值到存储子帧中，得到本地子帧405。本地子帧405分为两个区域405a和405b，405b区域为负极性。

第三次输入子帧403的区域403c包含第7个字～W7，与本地存储子帧405的第7个字W7比较，两者极性相反。因为本地存储子帧405的区域405a包含第一个字W1，所以肯定是正极性的，所以说明输入子帧403的区域403c是负极性的。比较405的405b区域中与403的403c区域中对应的第8、9字，两者极性相同，因为403c为负极性，所以可知405b也是负极性，那么405b区域内字8、9、10的极性翻转。最后得到存储子帧406，此时子帧406已经只包括一个极性区域406a，所以是一个完整的子帧。

图5是本发明一个较佳实施例中子帧的收集方法流程图。

第一步501，按照字校验的结果，将输入子帧和存储子帧分成不同的极性区域，初始化字索引wId=0。

第二步502，判断是否wId是否到子帧最后一个字，如果到了就结束处理503。否则下一步。

第三步504，检测输入子帧和存储子帧中，包含wId的极性区域。取其中较大的区域为参考区域，并赋值给存储子帧。检测是否有重叠506，即如果wId是参考区域第一个字，可参考极性标志，调整该赋值极性；如果wId是参考区域第一个字，无法调整极性，赋予该区域新的极性标志。

第四步509，wId指向赋值区域的下一个字，然后转向第二步502。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种北斗星历收集的方法，其特征在于，采用卫星导航接收机跟踪一颗或多颗北斗卫星信号；所述信号包括北斗卫星星历数据，所述北斗卫星星历数据由页、帧、子帧、字组成，一套北斗卫星星历数据的内容在一段时间内保持不变，并循环播发；所述卫星导航接收机持续接收并对多个相同子帧的北斗卫星星历数据进行校正和收集，得到正确、完整的北斗卫星星历数据。

2.如权利要求1所述的一种高灵敏度北斗星历收集的方法，其特征是，所述卫星导航接收机包括一个或多个跟踪通道以连续跟踪一颗或多颗北斗卫星信号。

3.如权利要求1所述的北斗星历收集的方法，其特征在于，所述北斗星历数据包括D1类型和D2类型，D1类型星历历时30秒，由3个子帧组成，每个子帧包括10个字；D2类型星历历时30秒，由10个子帧组成，每个子帧包括5个字。

4.如权利要求1所述的北斗星历收集的方法，其特征在于，一套北斗星历在更新周期内，北斗星历数据内容保持不变，并循环播发。

5.如权利要求1所述的北斗星历收集的方法，其特征在于，每个子帧包括帧头，每个子帧极性由帧头极性校正。

6.如权利要求1所述的北斗星历收集的方法，其特征在于，子帧中发生误比特的字其后的字的极性改变或不改变。

7.如权利要求1所述的北斗星历收集的方法，其特征在于，星历收集算法以字为单位收集完整的子帧，进而收集到完整的星历数据。

8.如权利要求1所述的北斗星历收集的方法，其特征是，子帧头的极性是正确的，用于校正后续数据极性。

9.如权利要求1所述的北斗星历收集的方法，其特征是，所述卫星导航接收机持续接收并对多个相同子帧的北斗卫星星历数据进行校正和收集，得到正确、完整的北斗卫星星历数据是通过分成不同的极性区域，对相同卫星的多个数据进行对比，检查数据的更新，修正错误的字，校正极性不确定的字的极性实现。

10.如权利要求1所述的北斗星历收集的方法，其特征在于，对多个相同子帧的北斗卫星星历数据进行校正和收集，得到正确、完整的北斗卫星星历数据中对每一个输入的子帧处理方法为：

第一步，检测输入的子帧的帧头是否匹配，如果不匹配则抛弃该子帧数据，结束处理，如果匹配则进入下一步；

第二步，检查帧头极性，如果是正极性，不用处理，进入下一步；如果是反极性，那么把该子帧数据全部取反，然后进入下一步；

第三步，检查子帧中包含子帧号数据的字是否校验正确，如果不正确则抛弃该子帧数据，结束处理；如果校验正确，则提取子帧号fraID，对于星历数据的收集只需要处理子帧1～子帧3，判断子帧号fraID的范围，如果不是星历数据，则结束处理，如果子帧号fraID的范围是星历数据，则进入下一步；

第四步，采用输入的子帧号为fraID的子帧数据对所述卫星导航接收机中已经具有的子帧号为fraID的子帧数据进行修正；

第五步，检测所述卫星导航接收机中存储的修正后的子帧号为fraID的子帧是否正确、完整，如果不满足，则结束处理；如果满足正确、完整，则进行星历数据正确、完整性检测，即检测子帧1～子帧3的正确、完整性，如果检测星历数据正确、完整，则标记星历可用，否则结束处理。

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