CN107748373A - 卫星导航电文数据收集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种卫星导航电文数据收集方法，通过使用分布式应用程序协调技术，采用多机器节点互备，对多个接收基站数据进行流式订阅，对处理逻辑进行细粒度拆分，设计多级缓存、异步处理加消息驱动的机制对整个数据周期进行处理，保证了数据接收时任意一台机器节点宕机都不会影响数据正常接收，同时把多个基站接入的数据源进行合理分配到各个机器节点上，均衡整个集群计算压力，保证了服务良好的水平扩展性，确保服务有能力同时接入大批量的基站数据源，从而保证了电文数据覆盖的完整性。

Description

卫星导航电文数据收集方法
技术领域
本发明涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种卫星导航电文数据收集方法。
背景技术
A-GNSS(Assisted Global Navigation Satellite System，辅助全球导航卫星定位系统)技术是一种辅助用户在捕获卫星数不满足解算条件的情况下进行快速有效的定位技术，它主要利用移动通讯的传输链路传输一定的辅助信息，结合网络基站信息和卫星信息对终端进行定位。A-北斗(Assisted BD Navigation Satellite System，辅助北斗导航卫星定位系统)是专门针对北斗导航卫星定位系统而实现的加速定位系统。独立的GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星定位系统)定位系统在初始定位时一般需要30秒以上甚至更长的时间，而采用了A-北斗/GNSS技术后，移动端首次定位速度可以缩短到仅需几秒，大大提高定位速度，改善用户定位体验。
A-北斗技术用到的一种关键基础数据就是导航电文数据，他主要提供了卫星在空间的位置、卫星的工作状态、卫星钟的修正参数、电离层延迟修正参数等重要信息，这些信息是以二进制码的形式按规定的编码，并按帧发给用户接收机，又称为数据码。北斗卫星导航系统的数据码分为D1导航电文和D2导航电文。D1导航电文速率为50bps，内容包含基本的导航信息，如本卫星基本导航信息、全部卫星历书信息、与其他系统时间同步信息等；D2导航电文速率为500bps，内容包含基本导航信息和增强服务信息，如北斗系统的差分及完好性信息和格网点电离层信息等。D1导航电文由超帧、主帧和子帧组成，每个超帧为36000bit，历时12min播完，每个超帧由24个主帧组成(24个页面)；每个主帧为1500bit，历时30s，每个主帧由5个子帧组成；每个子帧为300bit，历时6s，每个子帧由10个字组成；每个字为30bit，历时0.6s，其中，子帧1-3用来播发本星基本导航信息，子帧4-5播发全部卫星历书以及与其他系统时间同步信息，由24个页面分时发送；D2导航电文由超帧、主帧和子帧组成，每个超帧为180000bit，历时6min，每个超帧由120个主帧组成，每个主帧为1500bit，历时3s，每个主帧有5个子帧组成，每个子帧有10个字组成，每个字为30bit，历时0.06s，子帧1播发基本导航信息，由10个页分时发送，子帧2-4信息由6个页面分时发送，子帧5中信息由120个页面分时发送。
现有的导航电文数据收集及集齐方式，要么针对接收机本身或者端设备，要么只是简单的从接收机拿到相应的电文数据在单台服务器节点进行收集集齐，都不能完全保证数据的完整性和数据接收的高可用性，在大量数据同时接入到系统时，受限于实现机制很可能会造成消息累积，数据延迟，造成数据时效性下降等问题。
现有技术多数讨论的是接收机或终端如何针对卫星下发的电文数据进行同步、容错、解析的方法，或者讨论对少量接收基站下发的数据在单台服务器如何解析合并等，都未涉及到针对大批量地面基站数据同时接入时如何保证数据一致性、实时性、完整性和如何保证数据的高可用性等问题。
发明内容
本发明解决了对多基站下发的导航电文数据快速高效的收集、合并和集齐以及大量基站同时接入时数据输出的一致性、实时性、完整性和高可用性等技术问题。
本发明通过使用分布式应用程序协调技术，采用多机器节点互备，对多个接收基站数据进行流式订阅，对处理逻辑进行细粒度拆分，设计多级缓存、异步处理加消息驱动的机制对整个数据周期进行处理，保证了数据接收时任意一台机器节点宕机都不会影响数据正常接收，同时把多个基站接入的数据源进行合理分配到各个机器节点上，均衡整个集群计算压力，保证了服务良好的水平扩展性，确保服务有能力同时接入大批量的基站数据源，从而保证了电文数据覆盖的完整性。
本发明采用的技术方案如下：
一种卫星导航电文数据收集方法，地面基站数据通过基站数据接收转发服务组件，把卫星导航电文数据实时传输给服务集群中的导航电文数据服务节点，所述服务集群包括N个导航电文数据服务节点，N至少为1，同时通过服务协调组件对服务集群进行管理和协调。
进一步地，基站数据接收转发服务组件以流式方式把卫星导航电文数据实时传输给服务集群中的导航电文数据服务节点。
进一步地，基站数据接收转发服务组件把地面基站数据的功能抽象成独立的任务去执行，所述地面基站数据的功能包括接收、解析、合并和集齐。
进一步地，各个导航电文数据服务节点互为备份，当一个导航电文数据服务节点出现故障时，运行在所述导航电文数据服务节点上的任务自动迁移到其它导航电文数据服务节点上继续执行。
进一步地，导航电文数据服务节点以流式方式从基站数据接收转发服务组件订阅接收到卫星导航电文数据后，进行校验、验码后，会先放到原始电文本地缓存中，数据集齐及有效性检测模块对原始电文本地缓存进行实时检测，当检测到卫星导航电文数据的所有子帧接收完成，通知数据抽取合并模块对卫星导航电文数据进行快照并存入最终数据本地缓存中，利用数据输出模块将最终卫星导航电文数据输出到外部缓存中。
进一步地，数据集齐及有效性检测模块以异步消息通知的方式通知数据抽取合并模块对卫星导航电文数据进行快照并存入最终数据本地缓存中。
进一步地，卫星导航电文数据存入最终数据本地缓存时，会以事件驱动的方式触发对外输出缓存数据的事件。
进一步地，RTCM数据订阅模块从第三方RTCM数据源获取实时RTCM数据，通过RTCM格式转换模块进行解析转换，并通过数据集齐及有效性检测模块进行合法性检查，合法化后的RTCM数据合并到最终数据本地缓存中。
进一步地，所述RTCM数据包括实时广播星历数据。
本发明的有益效果在于，利用分布式技术，同时针对不同的数据类型采用多级缓存、异步处理和消息驱动相结合的机制，有效的保证了A-北斗导航电文数据能够及时高效的提供给用户，可以显著的提高数据的时效性、可用性和可靠性。
附图说明
图1是本发明整体方案设计原理图。
图2是本发明卫星电文数据流向及处理图。
具体实施方式
在工程实践中，服务机器节点经常会遇到各式各样的情况，导致服务不稳定或者不能正常提供服务，针对一个已经服务用户的在线服务，服务本身的高可用性和高可靠性尤为重要，会直接影响到用户体验。下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
图1是本发明整体方案设计原理图。在设计卫星导航电文数据收集方法整体方案时，对服务功能进行充分拆分，采用分布式技术，保证服务集群中各个导航电文数据服务节点的对等性，方便导航电文数据服务的水平扩展，地面基站数据通过基站数据接收转发服务组件，以流式方式把卫星导航电文数据实时传输给导航电文数据服务节点，并把每个地面基站数据的接收、解析、合并、集齐等功能抽象成一个独立的任务去执行，同时引入服务协调组件对整个服务集群进行管理及协调，并设计满足需求的故障切换机制，在某个导航电文数据服务节点出现故障(宕机或不能正常运行的情况)时，运行在该导航电文数据服务节点上的任务自动迁移到其他导航电文数据服务节点上继续执行，保证服务高可用性和可靠性。
图2是本发明卫星导航电文数据流向及处理图。针对导航电文数据服务节点，在设计时重点考虑了大量基站接入时服务处理性能及数据各个环节处理的时效性和正确性，导航电文数据服务节点以流式方式从基站数据接收转发服务组件订阅接收到数据后，进行校验、解码后，会先放到原始电文本地缓存中，数据集齐及有效性检测模块会对原始电文本地缓存进行实时检测，当其检测到某类卫星导航电文数据的所有子帧已经接收完成，会以异步消息通知的方式通知数据抽取合并模块对卫星导航电文数据进行快照并存入最终数据本地缓存中，卫星导航电文数据放入最终数据本地缓存时，会以事件驱动的方式进行触发对外输出缓存数据的事件，利用数据输出模块把最终数据输出到外部存储中间件中，供A-北斗服务使用。
此外，本发明除了支持接收地面基站数据(卫星导航电文数据)外，还支持从第三方下发的实时RTCM(国际海运事业无线电技术委员会)数据源，此类数据主要是实时广播星历数据，服务RTCM数据订阅模块从第三方获得实时数据后，会对其进行解析转换以及对其合法性进行检查，合法化会按一定逻辑合并到最终数据本地缓存中，作为当基站数据不完整或者有历元缺失时的数据补充。
本发明整个过程采用多级缓存，异步消息通知，数据快照等方式保证在大量数据接入时数据处理全链路无阻塞，从而保证服务本身的性能及时效性，为生产应用提供实时稳定可靠的服务。同时该发明的方法也适用于GPS和GLONASS卫星导航电文数据解析及集齐服务。
本发明优选利用Java语言实现。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种卫星导航电文数据收集方法，其特征在于，地面基站数据通过基站数据接收转发服务组件，把卫星导航电文数据实时传输给服务集群中的导航电文数据服务节点，所述服务集群包括N个导航电文数据服务节点，N至少为1，同时通过服务协调组件对服务集群进行管理和协调。
2.如权利要求1所述的一种卫星导航电文数据收集方法，其特征在于，基站数据接收转发服务组件以流式方式把卫星导航电文数据实时传输给服务集群中的导航电文数据服务节点。
3.如权利要求2所述的一种卫星导航电文数据收集方法，其特征在于，基站数据接收转发服务组件把地面基站数据的功能抽象成独立的任务去执行，所述地面基站数据的功能包括接收、解析、合并和集齐。
4.如权利要求1所述的一种卫星导航电文数据收集方法，其特征在于，各个导航电文数据服务节点互为备份，当一个导航电文数据服务节点出现故障时，运行在所述导航电文数据服务节点上的任务自动迁移到其它导航电文数据服务节点上继续执行。
5.如权利要求2所述的一种卫星导航电文数据收集方法，其特征在于，导航电文数据服务节点以流式方式从基站数据接收转发服务组件订阅接收到卫星导航电文数据后，进行校验、验码后，会先放到原始电文本地缓存中，数据集齐及有效性检测模块对原始电文本地缓存进行实时检测，当检测到卫星导航电文数据的所有子帧接收完成，通知数据抽取合并模块对卫星导航电文数据进行快照并存入最终数据本地缓存中，利用数据输出模块将最终卫星导航电文数据输出到外部缓存中。
6.如权利要求5所述的一种卫星导航电文数据收集方法，其特征在于，数据集齐及有效性检测模块以异步消息通知的方式通知数据抽取合并模块对卫星导航电文数据进行快照并存入最终数据本地缓存中。
7.如权利要求6所述的一种卫星导航电文数据收集方法，其特征在于，卫星导航电文数据存入最终数据本地缓存时，会以事件驱动的方式触发对外输出缓存数据的事件。
8.如权利要求2所述的一种卫星导航电文数据收集方法，其特征在于，RTCM数据订阅模块从第三方RTCM数据源获取实时RTCM数据，通过RTCM格式转换模块进行解析转换，并通过数据集齐及有效性检测模块进行合法性检查，合法化后的RTCM数据合并到最终数据本地缓存中。
9.如权利要求8所述的一种卫星导航电文数据收集方法，其特征在于，所述RTCM数据包括实时广播星历数据。
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