CN109212556B - 一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法 - Google Patents

一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，该方法针对超帧、主帧和子帧的固定帧电文格式，设计了一种通用的电文参数解算方法，通过数据库配置，能够实现北斗D1电文、北斗D2电文、GPS NAV、GPS CNAV电文参数的通用化解算，对后续导航电文内容增加、删除、修改等情况也具有良好的适应性，能够确保在电文丢帧、电文更新时解算的电文参数的物理一致性，能够把源于不同子帧、不同页面的参数组合为一种信息展现给用户，方便用户使用。

Description

一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法
技术领域
本发明一种在卫星导航系统中使用的电文参数解算方法，该方法在卫星导航领域广泛使用，主要用于实现北斗D1电文、北斗D2电文、GPS LNAV、GPS CNAV电文参数的解算，经过适当修改后，也可用于GLONASS电文参数的解算，以实现电文参数解算的通用处理。
背景技术
基于超帧、主帧和子帧的固定帧结构的电文格式设计，在卫星导航领域广泛使用，除GPS LNAV电文采用这种设计以外，北斗D1电文、北斗D2电文均采用了这种电文格式，GPSCNAV电文也采用了类似设计。
如GPS LNAV电文，每个超帧由25个主帧组成(25个页面)，每个主帧由5个子帧组成，每个子帧由10个字组成，每个字30比特，每个子帧传输时间为6s；北斗D1电文与GPSLNAV电文类似，每个超帧由24个主帧组成，每个主帧由5个子帧组成，每个子帧由10个字组成，每个字30比特，每个子帧传输时间为6s；北斗D2电文每个超帧由120个主帧组成，每个主帧由5个子帧组成，每个子帧由10个字组成，每个字30比特，每个子帧传输时间为0.6s。
此外，GPS CNAV电文采用主帧、子帧结构，每个主帧由64个子帧组成，每个子帧300比特(与GPS LNAV长度一致)，取消了页面设置。GPS LNAV、GPS CNAV、BDS D1和BDS D2均预留了部分页面和位置，以适应未来电文扩充的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，以适应未来电文扩充的需要。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，所述方法包括以下步骤：
步骤A、数据库设计；包括六种数据库表，分别为电文格式描述表、页面编号描述表、电文格式索引表、电文信息格式编排表、参数结果定制汇总表以及参数结果定制表；
步骤B、初始化操作：依次读取六种数据库表，其中电文信息格式编排表的数量和名称根据电文格式索引表的编排数字段动态生成，参数结果定制表的数量和名称根据参数结果定制汇总表动态生成；
步骤C、电文参数处理：根据接收的原始电文数据，首先识别出电文格式，并把电文数据保存在对应的缓冲区中；然后根据电文格式，获取对应的参数信息及格式信息，不需要积累的电文格式立即处理，需要积累的电文格式，在判断积累完成后再处理；参数处理结果保存在对应格式的缓冲区中，根据用户设置的参数结果定制表，输出最终的结果。
优选地，在步骤A中，电文格式描述表包括编排数字段，根据编排数值，数据库中配置对应的电文信息格式编排表；
电文格式索引表包括页面编号字段和真实页面号字段，以处理GPS NAV格式不直接下传页面号的情况；同时包括格式号字段和关联索引号字段，以处理部分参数跨格式传输的情况；
电文信息格式编排表包括编号字段和关联号字段，编号字段为参数在接口控制文件的电文格式编排表中的顺序，关联号字段用于指示参数后续部分所在的位置，填0时表示参数未拆分，值超出当前参数所在参数个数时，指向在后续格式中的位置；
参数结果定制汇总表包括表格名称字段和格式索引号集合字段，表格名称字段用于指向实际存储参数结果的表格，格式索引号集合字段用于存储该参数结果需使用的格式索引号集合。
优选地，在步骤A中，参数结果定制汇总表包括时间阈值判断字段用于设置是否启用时间阈值判断算法，当该字段设置为真时，在初始化操作中，将计算参数结果定制表所允许的接收时间阈值，当该字段设置为假时，接收时间阈值设置为0。
优选地，在步骤A中，参数结果定制表包括加工方式字段，用于定义该参数需要进一步处理的方法。
优选地，在步骤B中，在读取电文格式索引表时，提供了关联索引号集合生成算法，算法通过获取每行记录的关联索引号数据，生成关联索引号集合ψ，形成集合形式；
在读取电文格式索引表时，提供了关联索引号集合接收时间阈值生成算法，接收时间阈值tps定义为关联索引号小集合中所有格式接收完毕后所花费最大时间，值为0表示格式无需积累；
在步骤B中，在读取参数结果定制汇总表时，为每张参数结果定制表均生成了一个格式索引号集合Ωr，计算了每张参数结果定制表所允许的接收时间阈值，该值定义为该参数结果定制所关联的电文子帧接收完毕后所花费最大时间，当参数结果定制表中参数在一个格式编排中传输完毕时，或者时间阈值判断字段设置为假时，接收时间阈值设置为0。
优选地，在步骤C中，提供了电文参数处理总流程图。该流程在接收到电文数据后，先识别该电文的格式索引号，然后通过格式索引号对应的关联索引号判断该电文是否可以处理，如果与其他格式有关联，那么需要等待其他格式积累完毕后，再处理其中的参数，否则无需积累直接处理。每个格式索引号中所有参数的处理结果均保存在临时缓冲区中，以方便后续参数结果定制输出。
优选地，在步骤C中，设置了电文数据缓冲区saveWord[Q+1][R]，存储每一个电文格式对应的原始电文数据，用于在需要获取多种格式电文数据后才开始处理参数的场合；设置数据接收时间缓冲区sheetTime[Q+1]记录接收到每一种电文格式的时间，用于判断参数定制结果是否可以输出，以及判断电文是否积累完毕。
优选地，在步骤C中，提供了电文数据处理判断算法。算法根据当前电文的格式索引号q，及关联索引号集合ψ，判断q是否在集合ψ中；如果q不在集合ψ中，说明格式q无需等待其他数据，该电文可以直接处理；如果q在集合ψ中，找到q所在的小集合ψq，进而计算接收ψq中所有电文数据所花费的时间tpr，与集合ψq接收时间阈值tps比较，如果tpr比tps小，说明数据积累完毕，可以处理集合ψq中所对应的所有电文。
优选地，在步骤C中，提供了电文参数处理算法。算法根据当前电文的格式索引号q，找到其对应的格式号，对其中的参数x进行处理。获取到q对应的电文原码，判断参数x的关联参数ax；如果ax为0，表示该参数无后续部分，可以直接处理；如果ax大于0，需判断其值是否超出本格式表达的参数个数范围；如果未超出范围，那么后续关联参数在本格式内；如果超出范围，那么后续关联参数需要到关联格式中查找。
优选地，在步骤C中，提供了参数结果输出算法。算法获取参数结果定制表的格式索引号集合Ωr及对应的接收时间阈值tqs，如果tqs值为0，直接输出参数结果；如果tqs值大于0，则计算接收Ωr中所有电文数据所花费的时间tqr，与接收时间阈值tqs进行比较，如果tqr<tqs，那么直接输出参数结果；如果tpr≥tps，说明数据未收集完成，需继续积累。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，针对超帧、主帧和子帧的固定帧结构的电文格式，提供了一种通用的电文参数解算方法，实现了北斗D1电文、北斗D2电文、GPS LNAV、GPS CNAV电文参数的通用化解算。
2、本发明设计的六种数据库表格，为导航电文处理提供了良好的扩展性和伸缩性，能够适应导航电文内容增加、删除、修改等多种情况，能够把源于不同子帧、不同页面的参数组合为一种信息展现给用户，为电文参数使用提供了便利。
3、本发明通过从原始电文中提取电文时间，进而判断电文帧是否积累完毕、电文参数是否处理完毕，易于避免电文帧丢失、电文参数更新时造成的同一组参数互相不一致的情况，保证其物理一致性。在输出最终参数结果时，提供了是否启用时间阈值判断的选项，以用于某些无需判断时间阈值的场合。
附图说明
图1是本发明所述的关联索引号集合生成算法。《电文格式索引表》用于存储子帧计数、页面编号与电文格式编排表的对应关系，当电文中某个参数被拆分到多个格式编排表中时，该参数所在的电文格式索引表需设置“关联索引号”，指向下一个格式索引号，即“关联索引号”用于设置与本格式相关联的格式索引号。算法通过获取每行记录的“关联索引号”数据，生成关联索引号集合ψ，形成集合形式，如“{{1,2,3},{4,5},…}”，其中{1,2,3}表示当格式1、2、3接收完毕后，才开始处理，而{1,2,3}、{4,5}等被定义为小集合ψq。
图2是本发明所述的关联索引号集合接收时间阈值生成算法。接收时间阈值tps定义为关联索引号集合ψq中所有格式接收完毕后所花费最大时间，图中T为子帧周期，N为每个主帧包含的子帧个数，m为《电文格式索引表》中“真实页面号”而非“页面号”，时间阈值为0表示格式q无需积累。
图3是本发明所述的电文参数处理总流程图。在接收到电文数据后，先识别该电文的格式索引号q，然后通过q对应的关联索引号aq判断该电文是否可以处理，如果与其他格式有关联，那么需要等待其他格式积累完毕后，再处理其中的参数，否则无需积累直接处理。每个格式索引号中所有参数的处理结果均保存在临时缓冲区中，以方便后续参数结果定制输出。
图4是本发明所述的电文数据处理判断算法。根据当前电文的格式索引号q，及关联索引号集合ψ，判断q是否在集合ψ中；如果q不在集合ψ中，说明格式q无需等待其他数据，该电文可以直接处理；如果q在集合ψ中，那么可以找到q所在的小集合ψq，进而计算接收ψq中所有电文数据所花费的时间tpr，该值与集合ψq接收时间阈值tps比较，如果tpr比tps小，说明数据积累完毕，可以处理集合ψq中所对应的所有电文。
图5是本发明所述的单个参数处理算法。根据当前电文的格式索引号q，找到其对应的格式号，对其中的参数x进行处理。获取参数x的相关系数，这些系数在电文信息格式编排表中进行了详细描述，获取到q对应的电文原码，然后判断参数x的关联参数ax；如果ax为0，表示该参数无后续部分，可以直接处理；如果ax大于0，需判断其值是否超出本格式表达的参数个数范围；如果未超出范围，那么后续关联参数在本格式内；如果超出范围，那么后续关联参数需要到关联格式中查找。参数处理结果均保存在格式索引号q所对应的缓冲区sheetResult中。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例提供的算法，需要采用配置文件或数据库设置相关参数，下面以数据库为例，通过实施BDS D1、BDS D2、GPS LNAV电文参数解算，描述本发明的使用方法，采用配置文件配置参数的方法可参考执行。
实施方式一：实现BDS D1电文参数处理。
步骤A、配置《电文格式描述表》。根据《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件》中关于BDS D1电文格式的描述，配置相关信息，如表7所示。“编排数”指BDS D1导航电文各子帧格式的编排数量，“子帧计数位置”和“电文时间位置”分别指BDS D1电文中，参数“FraID”和“SOW”参数在子帧格式编排表中的参数编号(从1开始)，参数“SOW”被拆分为2部分，这里填第一部分所在的位置。
表7 BDS D1《电文格式描述表》
Figure BDA0001753257340000051
步骤B、配置《页面编号描述表》。根据BDS D1子帧格式编排表中，各子帧对应的页面编号参数“Pnum”在子帧格式编排中的位号，配置相关信息，如表8所示。子帧1、子帧2和子帧3中不存在“Pnum”参数，因此对应页面编号填0。
表8 BDS D1《页面编号描述表》
编号 子帧计数值 页面编号位置
1 1:3； 0；
2 4:5； 44:50；
步骤C、配置《电文格式索引表》。该表中共10行记录，表中数据按照BDS D1导航电文各子帧格式的编排顺序生成，如表9所示。
表9 BDS D1《电文格式索引表》
Figure BDA0001753257340000052
①“格式索引号”为主键，从1到10顺序编号；“子帧计数值”从1到5，与电文中子帧定义一致；“格式号”从1到9，表示共有9种格式。
②子帧1、子帧2、子帧3不分页，页面编号填“0；”，分别对应“格式号”1、2、3；
③子帧4的“页面编号”值为“1:24；”，表示子帧4划分为24个页面，所有页面格式均相同，对应“格式号”4；
④子帧5拆分为5行记录，分别存储“页面编号”1～6、7、8、9、10、11～24对应的页面格式；
⑤子帧5的页面1～6与子帧4的页面1～24，两者对应的格式号相同，均为4，都存储历书数据；
⑥子帧2的“关联索引号”设置为3，表示子帧2中最后一个有效参数，即参数toe，被拆分为多个部分，剩余部分在格式3中传输；其余子帧的“关联索引号”均设置为0。
步骤D、配置电文信息格式编排表。BDS D1导航电文各子帧格式编排数量为9个，因此表格名称分别为《电文信息格式编排表1》、《电文信息格式编排表2》、……《电文信息格式编排表9》。为节约篇幅，下面仅介绍《电文信息格式编排表1》、《电文信息格式编排表2》和《电文信息格式编排表3》中部分内容。
①《电文信息格式编排表1》部分内容如表10所示。
表10 BDS D1《电文信息格式编排表1》
Figure BDA0001753257340000061
/>
Figure BDA0001753257340000071
《电文信息格式编排表1》中共40个参数，均按《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件》中D1导航电文子帧1信息格式编排中的顺序排列，“编号”为3的参数为“子帧计数”，“编号”为4的参数为“周内秒”，与步骤A中的“子帧计数位置”和“电文时间位置”一致；“周内秒”参数被拆分为2部分，分别位于编号4和编号6，因此编号4的“关联号”设置为6，表示参数下一个部分在编号6，而编号6的“关联号”设置为0，表示无后续关联参数。
②《电文信息格式编排表2》部分内容如表11所示。
表11 BDS D1《电文信息格式编排表2》
Figure BDA0001753257340000072
/>
Figure BDA0001753257340000081
《电文信息格式编排表2》中共31个参数，均按《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件》中D1导航电文子帧2信息格式编排中的顺序排列，“编号”为30的参数为“星历参考时间”被拆分为多个部分，其“关联号”设置为38，表示该参数后续部分位于格式3的第7个参数(38-31＝7)。
③《电文信息格式编排表3》部分内容如表12所示。
表12 BDS D1《电文信息格式编排表3》
Figure BDA0001753257340000082
/>
Figure BDA0001753257340000091
《电文信息格式编排表3》中共32个参数，均按《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件》中D1导航电文子帧3信息格式编排中的顺序排列，第7个参数为“星历参考时间”，其关联号为“9”，因此“星历参考时间”被拆分为3部分：格式2的第30个参数、格式3的第7个参数和格式3的第9个参数。
步骤E、配置参数结果定制表。参数结果定制表用于定义多组具有完整物理意义的数据，每类物理量均生成一张单独的表格，所有表格名称在《参数结果定制汇总表》中汇集。需要定制的参数结果通常包括《星历参数定制表》、历书参数定制表、《钟差参数定制表》、《电离层参数定制表》、《时间同步参数定制表》等。《参数结果定制汇总表》的一种示意如表13所示，用户可以根据自己需要自行修改。
表13 BDS D1《参数结果定制汇总表》
Figure BDA0001753257340000092
/>
Figure BDA0001753257340000101
表中第1行记录的“时间阈值判断”字段设置为“真”，表示“星历参数定制表”在获取最终结果值时，依赖于格式1、2、3接收时间；第2～5行记录“时间阈值判断”字段设置为“真”或“假”，均不会启用时间阈值判断；第6行和第7行记录虽然均从2种格式中获取数据，但由于“时间阈值判断”字段设置为“假”，因而也不会启动时间阈值判断。
下面以《星历参数定制表》、历书参数定制表为例，介绍参数结果定制表的配置方法。
①《星历参数定制表》如表14所示。《星历参数定制表》共包含18个元素，来源于3个格式号1、2、3，对应的格式索引号分别为1、2、3，因此在《参数结果定制汇总表》中字段“格式索引号集合”填充“1:3；”；参数“整周计数”和“星历龄期”的“格式号”为1，其“参数号”分别为11和39，即两个参数位于《电文信息格式编排表1》中的参数11和参数39，其他参数的“格式号”与“参数号”的含义与此相同。各参数的“加工方式”用于进一步扩展，其可能方式包括：取平方值(如参数“长半轴的平方根”)、跨周处理、进行增量修正等。
表14 BDS D1《星历参数定制表》
Figure BDA0001753257340000102
/>
Figure BDA0001753257340000111
②历书参数定制表如表15、表16所示。历书参数定制表有2张，分别为《子帧4历书参数定制表》和《子帧5历书参数定制表》，表中数据基本相同，仅“格式索引号”和参数“卫星号”的“加工方式”不同。《子帧4历书参数定制表》的“格式索引号”为4，《子帧5历书参数定制表》的“格式索引号”为5；“卫星号”参数源于“页面号”，《子帧4历书参数定制表》中“卫星号”与“页面号”一致，无需进一步加工；《子帧5历书参数定制表》中“卫星号”与“页面号”不一致，“卫星号”等于“页面号”加24，因此其“加工方式”不同。
表15 BDS D1《子帧4历书参数定制表》
编号 代号 名称 格式索引号 参数号 加工方式
1 Pnum 卫星号 4 8 /
2 toa 历书参考时间 4 23 /
3 sqrtA 长半轴的平方根 4 9 /
4 e 偏心率 4 19 /
5 ω 近地点幅角 4 27 /
6 M0 参考时间的平近点角 4 30 /
7 Ω0 按参考时间计算的升交点赤经 4 16 /
8 ΩDOT 升交点赤经变化率 4 24 /
9 δi 参考时间的轨道倾角 4 20 /
10 a0 轨道倾角变化率 4 14 /
11 a1 纬度幅角的余弦调和改正项的振幅 4 13 /
表16 BDS D1《子帧5历书参数定制表》
编号 代号 名称 格式索引号 参数号 加工方式
1 Pnum 卫星号 5 8 加24
2 toa 历书参考时间 5 23 /
3 sqrtA 长半轴的平方根 5 9 /
4 e 偏心率 5 19 /
5 ω 近地点幅角 5 27 /
6 M0 参考时间的平近点角 5 30 /
7 Ω0 按参考时间计算的升交点赤经 5 16 /
8 ΩDOT 升交点赤经变化率 5 24 /
9 δi 参考时间的轨道倾角 5 20 /
10 a0 轨道倾角变化率 5 14 /
11 a1 纬度幅角的余弦调和改正项的振幅 5 13 /
实施方式二：实现BDS D2电文参数处理。BDS D2电文与D1电文类似，但也有很大不同，以下具体说明。
步骤A、配置《电文格式描述表》。根据《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件》中关于BDS D2电文格式的描述，配置相关信息，如表17所示。与BDS D1电文相比，其中“主帧数”、“编排数”、“子帧周期”均不相同。
表17 BDS D2《电文格式描述表》
Figure BDA0001753257340000121
步骤B、配置《页面编号描述表》。根据BDS D2子帧格式编排表中，各子帧对应的页面编号参数“Pnum1”或“Pnum2”或“Pnum”在子帧格式编排中的位号，配置相关信息，如表18所示。子帧1的页面编号为“基本导航信息页面编号Pnum1”(取值1～10)，子帧2的页面编号为“完好性及差分信息页面编号Pnum2”(取值1～6)，子帧5的页面编号为“Pnum”(取值1～120)，子帧3和子帧4不传输页面编号，需共用子帧2的页面编号Pnum2。
表18 BDS D2《页面编号描述表》
编号 子帧计数值 页面编号位置
1 1； 43:46；
2 2； 44:47；
3 3； 0；
4 4； 0；
5 5； 44:50；
步骤C、配置《电文格式索引表》。《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件》中，BDS D2导航电文各子帧格式的编排数共45个，其中子帧5的页面1到12、61到72格式相同，可合并为1个格式，子帧5的页面13和73格式相同，可合并为1个格式，因此得到21个格式，如表19所示。
表19 BDS D2《电文格式索引表》
Figure BDA0001753257340000131
卫星基本导航信息安排在格式1～10传输；北斗系统完好性及差分信息安排在格式11～13传输；北斗格网点电离层信息安排在格式14和格式15传输，格式14传输13个网格信息，格式15传输4个网格信息，一共传输320个网格信息；卫星健康数据安排在格式16和格式17传输；卫星历书数据安排在格式18传输，页面分为两段，其中页面37～60对应卫星号为1～24，页面95～100对应卫星号25～30；与GPS、GLONASS的时间同步信息安排在格式19中传输，与UTC时间同步参数安排在格式20中传输；格式21为预留页面。
步骤D、配置电文信息格式编排表。BDS D2导航电文各子帧格式编排数量为21个，因此表格名称分别为《电文信息格式编排表1》、《电文信息格式编排表2》、……《电文信息格式编排表21》。星历参数和历书参数的定制方法与实施方式一类似，这里介绍BDS D2独有的北斗格网点电离层信息配置方法，其信息位于《电文信息格式编排表14》和《电文信息格式编排表15》中。
①《电文信息格式编排表14》部分内容如表20所示。
表20 BDS D2《电文信息格式编排表14》
Figure BDA0001753257340000141
/>
Figure BDA0001753257340000151
《电文信息格式编排表14》中共38个参数，均按《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件》中D2导航电文子帧5页面1信息格式编排中的顺序排列，安排了13个格网点电离层信息，编号Ion为1～13。经过比较，子帧5页面2～页面12以及页面61～页面72的参数编排与页面1的编排一致，仅代表的网格点编号不同，页面号Pnum与网格点编号IGP的转换关系为：
当1≤Pnum≤12时，IGP＝(Pnum-1)×13+Ion；
当61≤Pnum≤72时，IGP＝(Pnum-61)×13+Ion；
②《电文信息格式编排表15》部分内容如表21所示。
表21 BDS D2《电文信息格式编排表15》
Figure BDA0001753257340000152
/>
Figure BDA0001753257340000161
《电文信息格式编排表15》中共30个参数，均按《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件》中D2导航电文子帧5页面13信息格式编排中的顺序排列，安排了4个格网点电离层信息，编号Ion为1～4。经过比较，子帧5页面73与页面3的编排一致，仅代表的网格点编号不同，页面号Pnum与网格点编号IGP的转换关系为：
当Pnum＝13时，IGP＝156+Ion；
当Pnum＝73时，IGP＝316+Ion；
步骤E、配置参数结果定制表。参数结果定制表用于定义多组具有完整物理意义的数据，每类物理量均生成一张单独的表格，所有表格名称在《参数结果定制汇总表》中汇集。需要定制的参数结果通常包括《星历参数定制表》、历书参数定制表、《钟差参数定制表》、《电离层参数定制表》、《时间同步参数定制表》等。《参数结果定制汇总表》的一种示意如表22所示，用户可以根据自己需要自行修改。
表22 BDS D2《参数结果定制汇总表》
Figure BDA0001753257340000162
下面以格网点电离层信息表为例，介绍参数结果定制表的配置方法。北斗格网点电离层信息表包括两张表，即《网点电离层信息表1》和《网点电离层信息表2》，分别对应格式14和15。《网点电离层信息表1》中包括了14个参数，第一个参数页面号用于把后续的1～13个网格点参数，转换为正确的网格点编号IGP，转换方法在步骤D①中已说明，如表23所示；《网点电离层信息表2》中包括了5个参数，如表24所示。
表23 BDS D2《格网点电离层信息表1》
Figure BDA0001753257340000171
表24 BDS D2《格网点电离层信息表2》
Figure BDA0001753257340000172
实施方式三：实现GPS LNAV电文参数处理。
步骤A、配置《电文格式描述表》。根据GPS接口规范文件《IS-GPS-200》中关于GPSLNAV电文格式的描述，配置相关信息，如表25所示。“编排数”指GPS导航电文各子帧格式的编排数量。GPS每帧电文均安排了转换字“HOW”，“HOW”共22位，其中1～17位为“电文时间”(“TOW”)，20～22位为“子帧计数”。即参数“HOW”被拆分为四个参数“电文时间”、“预警标志”、“A-S标志”、“子帧计数”。
表25 GPS LNAV《电文格式描述表》
Figure BDA0001753257340000181
步骤B、配置《页面编号描述表》。根据GPS LNAV子帧格式编排表中，各子帧对应的页面编号参数在子帧格式编排中的位号，配置相关信息，由于GPS中未显式下传页面编号这个参数，但可通过“SV ID”号参数转换得到，因此GPS LNAV中页面编号参数采用“SV ID”号参数代替，如表26所示。子帧1、子帧2和子帧3中不存在“Pnum”参数，因此对应页面编号填0。
表26 GPS LNAV《电文格式描述表》
编号 子帧计数值 页面编号位置
1 1:3； 0；
2 4:5； 63:68；
步骤C、配置《电文格式索引表》。该表中共12行记录，表中数据按照GPS LNAV导航电文各子帧格式的编排顺序生成，表中的页面编号为参数“SV ID号”对应的值，其对应的页面号在“说明”字段中进行了描述，如表27所示。
表27 GPS LNAV《电文格式索引表》
Figure BDA0001753257340000182
子帧1、子帧2、子帧3不分页，页面编号填“0；”，分别对应“格式号”1、2、3，传输本卫星的时钟改正和星历参数；子帧5的第1～24页和子帧4的第2～5、7～10页传输32颗卫星的历书数据，均对应格式4；电离层和UTC数据在页面18传输，即格式索引号为9。
步骤D、配置电文信息格式编排表。GPS LNAV导航电文各子帧格式编排数量为11个，因此表格名称分别为《电文信息格式编排表1》、《电文信息格式编排表2》、……《电文信息格式编排表11》。为节约篇幅，下面仅介绍《电文信息格式编排表8》电离层和UTC数据。
《电文信息格式编排表8》内容如表28所示。
表28 GPS LNAV《电文信息格式编排表8》
Figure BDA0001753257340000191
Figure BDA0001753257340000201
《电文信息格式编排表8》中共38个参数，均按《IS-GPS-200》中LNAV导航电文子帧4页面18信息格式编排中的顺序排列，其中的参数“HOW”被拆分为四个参数“电文时间”、“预警标志”、“A-S标志”、“子帧计数”，以保持和步骤A中的描述一致。
步骤E、配置参数结果定制表。参数结果定制表用于定义多组具有完整物理意义的数据，每类物理量均生成一张单独的表格，所有表格名称在《参数结果定制汇总表》中汇集。需要定制的参数结果通常包括《星历参数定制表》、历书参数定制表、《钟差参数定制表》、《电离层参数定制表》、《时间同步参数定制表》等。《参数结果定制汇总表》的一种示意如表29所示，用户可以根据自己需要自行修改。注意到在历书参数定制时，此处设计显示了与BDS D1设计的不同之处，这里仅设计了一个历书参数定制表，而BDS D1为两个，因为在GPSLNAV中格式索引号4和5中，其页面编号(即SV ID号)为1～24和25～32，与历书的卫星号一致，设计为一个表格，可以很方便的处理。
表29 GPS LNAV《参数结果定制汇总表》
Figure BDA0001753257340000202
下面介绍《电离层参数定制表》和《时间同步参数定制表》配置方法。
①《电离层参数定制表》。GPS电离层模型共8个参数，如表30所示。各参数的“参数号”字段值，与步骤D中的数据一致。
表30 GPS LNAV《电离层参数定制表》
编号 代号 名称 格式索引号 参数号 加工方式
1 alf0 电离层垂直延时系数0 9 12 /
2 alf1 电离层垂直延时系数1 9 13 /
3 alf2 电离层垂直延时系数2 9 15 /
4 alf3 电离层垂直延时系数3 9 16 /
5 belt0 电离层模型周期系数0 9 17 /
6 belt1 电离层模型周期系数1 9 19 /
7 belt2 电离层模型周期系数2 9 20 /
8 belt3 电离层模型周期系数3 9 21 /
②时间同步参数定制表。GPS与UTC时间同步参数共8个，如表31所示。步骤D中“UTC修正系数0”被拆分为两部分，这里只需要填第一部分对应的“参数号”。
表31 GPS LNAV《时间同步参数定制表》
编号 代号 名称 格式索引号 参数号 加工方式
1 A1 UTC修正系数1 9 23 /
2 A0 UTC修正系数0 9 25 /
3 tot UTC数据参考时间 9 28 /
4 WNt UTC数据参考周数 9 29 /
5 del_tLS 当前跳秒 9 31 /
6 WNLSF 跳秒有效时的周数 9 32 /
7 DN 跳秒有效时的天数 9 33 /
8 del_tLSF 新的跳秒 9 35 /
实施方式四：实现GPS CNAV电文参数处理。
步骤A、配置《电文格式描述表》。根据GPS接口规范文件《IS-GPS-705》中关于GPSCNAV电文格式的描述，配置相关信息，如表32所示。GPS CNAV的64个子帧中，仅14个子帧配置了有效参数，因此“编排数”填14；GPS每帧电文均安排了“电文类型标志”(Message TypeID)和“电文时间”(TOW)，“电文类型标志”可作为子帧计数使用。
表32 GPS CNAV《电文格式描述表》
Figure BDA0001753257340000211
步骤B、配置《页面编号描述表》。GPS CNAV帧格式未安排页面编号，因此页面编号填0。
表33 GPS CNAV《页面编号描述表》
编号 子帧计数值 页面编号位置
1 0:63； 0；
步骤C、配置《电文格式索引表》。该表中共14行记录，表中数据按照GPS CNAV导航电文各子帧格式的编排顺序生成，表中的“页面编号”和“真实页面编号”均填0，如表34所示。
表34 GPS CNAV《电文格式索引表》
Figure BDA0001753257340000221
步骤D、配置电文信息格式编排表。GPS CNAV导航电文各子帧格式编排数量为14个，因此表格名称分别为《电文信息格式编排表1》、《电文信息格式编排表2》、……《电文信息格式编排表14》。为节约篇幅，下面仅介绍《电文信息格式编排表1》和《电文信息格式编排表2》卫星星历参数和信号健康状态。
《电文信息格式编排表1》中共23个参数，如表35所示，均按《IS-GPS-705》中CNAV导航电文“电文类型标志”10格式中的顺序排列；《电文信息格式编排表2》中共18个参数，如表36所示，均按《IS-GPS-705》中CNAV导航电文“电文类型标志”11格式中的顺序排列。两个表中均包含了“星历参考时间”，分别位于编号12和编号6中，该参数可用于判断星历参数是否来源于同一组物理量。
表35 GPS CNAV《电文信息格式编排表1》
Figure BDA0001753257340000222
Figure BDA0001753257340000231
表36 GPS CNAV《电文信息格式编排表2》
Figure BDA0001753257340000232
步骤E、配置参数结果定制表。参数结果定制表用于定义多组具有完整物理意义的数据，每类物理量均生成一张单独的表格，所有表格名称在《参数结果定制汇总表》中汇集。需要定制的参数结果通常包括《星历参数定制表》、历书参数定制表、《电离层参数定制表》、《时间同步参数定制表》等。《参数结果定制汇总表》的一种示意如表37所示，用户可以根据自己需要自行修改。
表37 GPS CNAV《参数结果定制汇总表》
Figure BDA0001753257340000241
表中示意了在获取星历参数时，不启动时间阈值判断；因为格式1和格式2中均下传了星历参考时间，当两者一致时，通过该字段可判断星历数据物理量的一致性。
下面介绍《星历参数定制表》配置方法，具体内容如表38所示。星历参数从格式1和格式2中获取，编号为2的参数进行了特殊处理，即与编号为10的参数进行比较，当两者一致时，认为星历数据获取完整。各参数的“参数号”字段值，与步骤D中的数据一致。
表38 GPS CNAV《星历参数定制表》
Figure BDA0001753257340000251
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
步骤A、数据库设计；包括六种数据库表，分别为电文格式描述表、页面编号描述表、电文格式索引表、电文信息格式编排表、参数结果定制汇总表以及参数结果定制表；
步骤B、初始化操作：依次读取六种数据库表，其中电文信息格式编排表的数量和名称根据电文格式索引表的编排数字段动态生成，参数结果定制表的数量和名称根据参数结果定制汇总表动态生成；
步骤C、电文参数处理：根据接收的原始电文数据，首先识别出电文格式，并把电文数据保存在对应的缓冲区中；然后根据电文格式，获取对应的参数信息及格式信息，不需要积累的电文格式立即处理，需要积累的电文格式，在判断积累完成后再处理；参数处理结果保存在对应格式的缓冲区中，根据用户设置的参数结果定制表，输出最终的结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，其特征在于：
在步骤A中，电文格式描述表包括编排数字段，根据编排数值，数据库中配置对应的电文信息格式编排表；
电文格式索引表包括页面编号字段和真实页面号字段，以处理GPS NAV格式不直接下传页面号的情况；同时包括格式号字段和关联索引号字段，以处理部分参数跨格式传输的情况；
电文信息格式编排表包括编号字段和关联号字段，编号字段为参数在接口控制文件的电文格式编排表中的顺序，关联号字段用于指示参数后续部分所在的位置，填0时表示参数未拆分，值超出当前参数所在参数个数时，指向在后续格式中的位置；
参数结果定制汇总表包括表格名称字段和格式索引号集合字段，表格名称字段用于指向实际存储参数结果的表格，格式索引号集合字段用于存储该参数结果需使用的格式索引号集合。
3.根据权利要求1所述的一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，其特征在于：
在步骤A中，参数结果定制汇总表包括时间阈值判断字段用于设置是否启用时间阈值判断算法，当该字段设置为真时，在初始化操作中，将计算参数结果定制表所允许的接收时间阈值，当该字段设置为假时，接收时间阈值设置为0。
4.根据权利要求1所述的一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，其特征在于：
在步骤A中，参数结果定制表包括加工方式字段，用于定义该参数需要进一步处理的方法。
5.根据权利要求1所述的一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，其特征在于：
在步骤B中，在读取电文格式索引表时，提供了关联索引号集合生成算法，算法通过获取每行记录的关联索引号数据，生成关联索引号集合ψ，形成集合形式；
在读取电文格式索引表时，提供了关联索引号集合接收时间阈值生成算法，接收时间阈值tps定义为关联索引号小集合中所有格式接收完毕后所花费最大时间，值为0表示格式无需积累；
在步骤B中，在读取参数结果定制汇总表时，为每张参数结果定制表均生成了一个格式索引号集合Ωr，计算了每张参数结果定制表所允许的接收时间阈值，该值定义为该参数结果定制所关联的电文子帧接收完毕后所花费最大时间，当参数结果定制表中参数在一个格式编排中传输完毕时，或者时间阈值判断字段设置为假时，接收时间阈值设置为0。
6.根据权利要求1所述的一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，其特征在于：
在步骤C中，在接收到电文数据后，先识别该电文的格式索引号，然后通过格式索引号对应的关联索引号判断该电文是否可以处理，如果与其他格式有关联，那么需要等待其他格式积累完毕后，再处理其中的参数，否则无需积累直接处理，每个格式索引号中所有参数的处理结果均保存在临时缓冲区中，以方便后续参数结果定制输出。
7.根据权利要求1所述的一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，其特征在于：
在步骤C中，设置了电文数据缓冲区，存储每一个电文格式对应的原始电文数据，用于在需要获取多种格式电文数据后才开始处理参数的场合；设置数据接收时间缓冲区记录接收到每一种电文格式的时间，用于判断参数定制结果是否可以输出，以及判断电文是否积累完毕。
8.根据权利要求1所述的一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，其特征在于：
在步骤C中，提供了电文数据处理判断算法，算法根据当前电文的格式索引号q，及关联索引号集合ψ，判断q是否在集合ψ中；如果q不在集合ψ中，说明格式q无需等待其他数据，该电文可以直接处理；如果q在集合ψ中，找到q所在的小集合ψq，进而计算接收ψq中所有电文数据所花费的时间tpr，与集合ψq接收时间阈值tps比较，如果tpr比tps小，说明数据积累完毕，可以处理集合ψq中所对应的所有电文。
9.根据权利要求1所述的一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，其特征在于：
在步骤C中，提供了电文参数处理算法，算法根据当前电文的格式索引号q，找到其对应的格式号，对其中的参数x进行处理，获取到q对应的电文原码，判断参数x的关联参数ax；如果ax为0，表示该参数无后续部分，可以直接处理；如果ax大于0，需判断其值是否超出本格式表达的参数个数范围；如果未超出范围，那么后续关联参数在本格式内；如果超出范围，那么后续关联参数需要到关联格式中查找。
10.根据权利要求1所述的一种基于数据库描述的卫星导航电文参数解算方法，其特征在于：
在步骤C中，提供了参数结果输出算法，算法获取参数结果定制表的格式索引号集合Ωr及对应的接收时间阈值tqs，如果tqs值为0，直接输出参数结果；如果tqs值大于0，则计算接收Ωr中所有电文数据所花费的时间tqr，与接收时间阈值tqs进行比较，如果tqr<tqs，那么直接输出参数结果；如果tpr≥tps，说明数据未收集完成，需继续积累。
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