CN110913433B - 基于北斗短报文的pvt信息压缩传输方法 - Google Patents
基于北斗短报文的pvt信息压缩传输方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于北斗短报文的PVT信息压缩传输方法，包括定义信息传输压缩协议；判断通信双方是否为第一次传输PVT信息并进行对应的PVT信息传输；判断通信双方是否为动态传输信息并进行对应的PVT信息传输；判断通信双方的PVT精度是否超限并进行对应的PVT信息传输。本发明提供的这种基于北斗短报文的PVT信息压缩传输方法，采用相对信息传输方式对PVT传输信息进行压缩和发送，动态数据压缩效率最高可达70％，增强PVT信息传输的有效性、实时性，提高跟踪监测轨迹信息与实际运行信息的匹配度；此外，本方案对PVT信息的编码不依赖于硬件，具有良好的而通用性和可移植性。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基于北斗短报文的PVT信息压缩传输方法。
背景技术
北斗卫星导航系统RDSS(Radio Determination Satellite Service)短报文通信服务是北斗的独特功能，北斗短报文通过GEO卫星完成通信，信号可无缝覆盖我国全部国土、周边海域和地区，因此其通信覆盖能力和生存能力均优于地面通信网络、固定电话网络以及互联网，在地面通信信号覆盖盲区，北斗短报文通信功能仍可实现用户信息共享和信息交换，具有很强的应用价值。然而，由于北斗民用短报文通信信道资源紧缺，短报文通信频度和长度受限，目前北斗卡支持的报文通信可分为两个级别，其中，少数特批用户北斗卡秒卡的通信频率为30秒钟240字符/次，普通民用用户北斗卡分卡的通信频率为1分钟105字符/次左右。
为了对目标进行跟踪和监测，需要采集以下有效信息：目标位置、目标速度和对应时间，这些信息构成了描述目标在某个时刻的状态，即PVT信息。对于普通用户北斗卡分卡1分钟一条105字符短报文，由于报文通信频度和长度的限制，普通用户机1分钟内只能收发不超过三组PVT信息，即三组位置、速度和时间信息，难以满足实时性要求高的数据信息需求。因此，对PVT信息进行压缩，在此基础上实现一条短报文中传输多条PVT信息具有重要意义。
在北斗短报文数据压缩方面，易航等人提出的“一种北斗短报文共视数据压缩传输方法”对共视数据进行压缩编码生成电文内容，利用北斗短报文将电文内容进行传输，实现快速连续共视数据传输；邵怀龙等人提出的“一种北斗短报文数据压缩加密方法、装置及处理器”通过数据编码器和字符串重组器，实现针对飞行器等高动态目标3条全要素信息的北斗短报文加密传输；王健等人提出的“一种基于北斗短报文的压缩传输方法”将霍夫曼、LZ77、RLE等流行压缩编码进行组合，针对不同类型的文本型数据和数值型数据给出北斗短报文压缩解决方案。
但是，上述压缩方法不适用于PVT信息的通用、高效传输，可移植性不强。
发明内容
本发明的目的在于一种通用、高效且适用于PVT信息的实时传输要求的基于北斗短报文的PVT信息压缩传输方法。
本发明提供的这种基于北斗短报文的PVT信息压缩传输方法，包括如下步骤：
S1.定义信息传输压缩协议；
S2.判断通信双方是否为第一次传输PVT信息，并进行对应的PVT信息传输；
S3.判断通信双方是否为动态传输信息，并进行对应的PVT信息传输；
S4.判断通信双方的PVT精度是否超限，并进行对应的PVT信息传输。
步骤S1所述的定义信息传输压缩协议，具体为采用步骤定义信息传输压缩协议：
A.定义数据类型字段，用于区分不同的PVT信息压缩传输的类型；
B.定义PVT信息传输字段，用于传输需要传输的PVT信息。
所述的定义信息传输压缩协议，具体为采用如下步骤进行定义：
a.定义四种数据类型字段，分别用于表示第一次绝对PVT信息传输类型、静态精度超限下的绝对PVT信息传输类型、静态相对PVT信息传输类型和动态相对PVT信息传输类型；
b.定义PVT信息传输字段：
对于第一次绝对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括含X坐标、Y坐标、Z坐标、X速度、Y速度、Z速度和授时；
对于静态精度超限下的绝对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括X坐标、Y坐标、Z坐标、X速度、Y速度、Z速度和授时；
对于静态相对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括位置误差、速度误差、授时误差；所述的位置误差为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的位置误差；所述的速度误差为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的速度误差；所述的授时误差为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的授时误差；
对于动态相对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括X位置增量、Y位置增量、Z位置增量、X速度增量、Y速度增量、Z速度增量和授时增量；所述的X位置增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的X位置增量；所述的Y位置增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Y位置增量；所述的Z位置增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Z位置增量；所述的X速度增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的X速度增量；所述的Y速度增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Y速度增量；所述的Z速度增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Z速度增量；所述的授时增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的授时增量。
步骤S2所述的判断通信双方是否为第一次传输PVT信息，并进行对应的PVT信息传输，具体为采用如下步骤进行判断和传输：
若通信双方是第一次传输PVT信息，则直接传输第一次绝对PVT信息以及对应的信息传输字段，此轮信息传输完毕；
若通信双方不是第一次传输PVT信息，则进行后续步骤。
步骤S3所述的判断通信双方是否为动态传输信息，并进行对应的PVT信息传输，具体为采用如下步骤进行判断和传输：
若通信双方是动态传输信息，则计算本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的信息增量；所述的信息增量包括X位置增量、Y位置增量、Z位置增量、X速度增量、Y速度增量、Z速度增量和授时增量；然后传输动态相对PVT信息以及对应的信息传输字段，本轮信息传输完毕；
若通信双方不是动态传输信息，则继续进行后续步骤。
步骤S4所述的判断通信双方的PVT精度是否超限，并进行对应的PVT信息传输，具体为采用如下步骤进行判断和传输：
若通信双方的PVT精度超过设定的阈值，则传输静态精度超限下的绝对PVT信息以及对应的信息传输字段，本轮信息传输完毕；
若通信双方的PVT精度未超过设定的阈值，则计算本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的信息误差；所述的信息误差包括位置误差、速度误差、授时误差；然后传输静态精度未超限下的静态相对PVT信息以及对应的信息传输字段，本轮信息传输完毕。
本发明提供的这种基于北斗短报文的PVT信息压缩传输方法，采用相对信息传输方式对PVT传输信息进行压缩和发送，动态数据压缩效率最高可达70％，增强PVT信息传输的有效性、实时性，提高跟踪监测轨迹信息与实际运行信息的匹配度；此外，本方案对PVT信息的编码不依赖于硬件，具有良好的而通用性和可移植性。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图。
具体实施方式
本发明提供的这种基于北斗短报文的PVT信息压缩传输方法，包括如下步骤：
S1.定义信息传输压缩协议；具体为采用步骤定义信息传输压缩协议：
A.定义数据类型字段，用于区分不同的PVT信息压缩传输的类型；具体定义四种数据类型字段，分别用于表示第一次绝对PVT信息传输类型、静态精度超限下的绝对PVT信息传输类型、静态相对PVT信息传输类型和动态相对PVT信息传输类型；
在具体实施时，考虑到未来的可扩展性，用4bit定义一个数据类型字段，可支持16种不同的数据类型。将0001定义为第一次绝对PVT信息传输类型，0010定义为静态精度超限下的绝对PVT信息传输类型，0011定义为静态相对PVT信息传输类型，0100定义为动态相对PVT信息传输类型，其余可用作预留的指令信息或相应信息；
B.定义PVT信息传输字段，用于传输需要传输的PVT信息；具体定义PVT信息传输字段：
对于第一次绝对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括含X坐标、Y坐标、Z坐标、X速度、Y速度、Z速度和授时；每项长度均为64bit；
对于静态精度超限下的绝对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括X坐标、Y坐标、Z坐标、X速度、Y速度、Z速度和授时；每项长度均为64bit；
对于静态相对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括位置误差、速度误差、授时误差；所述的位置误差为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的位置误差；所述的速度误差为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的速度误差；所述的授时误差为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的授时误差；在具体实施时，每项长度均为8bit；
对于动态相对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括X位置增量、Y位置增量、Z位置增量、X速度增量、Y速度增量、Z速度增量和授时增量；所述的X位置增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的X位置增量；所述的Y位置增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Y位置增量；所述的Z位置增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Z位置增量；所述的X速度增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的X速度增量；所述的Y速度增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Y速度增量；所述的Z速度增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Z速度增量；所述的授时增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的授时增量；在具体实施时，位置增量和速度增量均包含长度为8bit的整数部分和长度为8bit的小数部分，授时增量长度均为8bit；
S2.判断通信双方是否为第一次传输PVT信息，并进行对应的PVT信息传输；具体为采用如下步骤进行判断和传输：
若通信双方是第一次传输PVT信息，则直接传输第一次绝对PVT信息以及对应的信息传输字段，此轮信息传输完毕；
若通信双方不是第一次传输PVT信息，则进行后续步骤；
S3.判断通信双方是否为动态传输信息，并进行对应的PVT信息传输；具体为采用如下步骤进行判断和传输：
若通信双方是动态传输信息，则计算本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的信息增量；所述的信息增量包括X位置增量、Y位置增量、Z位置增量、X速度增量、Y速度增量、Z速度增量和授时增量；然后传输动态相对PVT信息以及对应的信息传输字段，本轮信息传输完毕；
若通信双方不是动态传输信息，则继续进行后续步骤；
S4.判断通信双方的PVT精度是否超限，并进行对应的PVT信息传输；具体为采用如下步骤进行判断和传输：
若通信双方的PVT精度超过设定的阈值，则传输静态精度超限下的绝对PVT信息以及对应的信息传输字段，本轮信息传输完毕；
若通信双方的PVT精度未超过设定的阈值，则计算本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的信息误差；所述的信息误差包括位置误差、速度误差、授时误差；然后传输静态精度未超限下的静态相对PVT信息以及对应的信息传输字段，本轮信息传输完毕。
压缩效率分析：综上分析，单次绝对PVT信息的传输数据字段长度为452bit，单次动态相对PVT信息的传输数据字段长度为108bit，单次静态相对PVT信息的传输数据字段长度为28bit，考虑对于一张普通用户北斗卡分卡1分钟一条105字符短报文，单次RDSS数据传输最大数据长度为1680bit。因此，单次短报文最多可传输3次绝对PVT信息，而通过相对方式数据压缩后，单次短报文最多可传输15次动态相对PVT信息，数据压缩效率可达70％，或最多可传输60次静态相对PVT信息，数据压缩效率可达90％。
因此在正常情况下，在通信覆盖盲区，这种压缩方法可以有效地利用短报文传输PVT信息，同时考虑北斗通信能力和数据传输方式的通用性和可移植性，对PVT数据采用恰当的压缩方式，以达到最大限度的发送数据的目的。
Claims (2)
1.一种基于北斗短报文的PVT信息压缩传输方法，包括如下步骤：
S1. 定义信息传输压缩协议；具体为采用如下步骤进行定义：
a. 定义四种数据类型字段，分别用于表示第一次绝对PVT信息传输类型、静态精度超限下的绝对PVT信息传输类型、静态相对PVT信息传输类型和动态相对PVT信息传输类型；
b. 定义PVT信息传输字段：
对于第一次绝对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括含X坐标、Y坐标、Z坐标、X速度、Y速度、Z速度和授时；
对于静态精度超限下的绝对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括X坐标、Y坐标、Z坐标、X速度、Y速度、Z速度和授时；
对于静态相对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括位置误差、速度误差、授时误差；所述的位置误差为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的位置误差；所述的速度误差为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的速度误差；所述的授时误差为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的授时误差；
对于动态相对PVT信息传输类型的信息传输字段，其包括X位置增量、Y位置增量、Z位置增量、X速度增量、Y速度增量、Z速度增量和授时增量；所述的X位置增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的X位置增量；所述的Y位置增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Y位置增量；所述的Z位置增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Z位置增量；所述的X速度增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的X速度增量；所述的Y速度增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Y速度增量；所述的Z速度增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的Z速度增量；所述的授时增量为本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的授时增量；
S2. 判断通信双方是否为第一次传输PVT信息，并进行对应的PVT信息传输；具体为采用如下步骤进行判断和传输：
若通信双方是第一次传输PVT信息，则直接传输第一次绝对PVT信息以及对应的信息传输字段，此轮信息传输完毕；
若通信双方不是第一次传输PVT信息，则进行后续步骤；
S3. 判断通信双方是否为动态传输信息，并进行对应的PVT信息传输；具体为采用如下步骤进行判断和传输：
若通信双方是动态传输信息，则计算本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的信息增量；所述的信息增量包括X位置增量、Y位置增量、Z位置增量、X速度增量、Y速度增量、Z速度增量和授时增量；然后传输动态相对PVT信息以及对应的信息传输字段，本轮信息传输完毕；
若通信双方不是动态传输信息，则继续进行后续步骤；
S4. 判断通信双方的PVT精度是否超限，并进行对应的PVT信息传输；具体为采用如下步骤进行判断和传输：
若通信双方的PVT精度超过设定的阈值，则传输静态精度超限下的绝对PVT信息以及对应的信息传输字段，本轮信息传输完毕；
若通信双方的PVT精度未超过设定的阈值，则计算本次传输的PVT信息相对于上次已传输的PVT信息的信息误差；所述的信息误差包括位置误差、速度误差、授时误差；然后传输静态精度未超限下的静态相对PVT信息以及对应的信息传输字段，本轮信息传输完毕。
2.根据权利要求1所述的基于北斗短报文的PVT信息压缩传输方法，其特征在于步骤S1所述的定义信息传输压缩协议，具体为采用如下步骤定义信息传输压缩协议：
A. 定义数据类型字段，用于区分不同的PVT信息压缩传输的类型；
B. 定义PVT信息传输字段，用于传输需要传输的PVT信息。
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