CN115508868A - 基于gnss服务信息增强的导航信息解构重编码方法及装置 - Google Patents
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Abstract
基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法及装置，涉及全球导航卫星系统领域。针对现有技术中存在的对于与生命安全相关的导航应用，需要系统端提供增强数据的完好性信息；且目前为止，尚无开放的、行业公认的标准支持PPP‑RTK应用所需的最低带宽需求，同时为与生命安全相关的导航应用提供完好性信息的问题，本发明提供的技术方案为：基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法，所述方法包括：步骤1：对所述导航信息的GNSS服务信息数据进行增强；步骤2：对增强后的GNSS服务信息进行格式压缩以及宽带优化；步骤3：输出步骤2的处理结果，作为重编码结果。适合应用于生命安全相关的导航的研究中，还可应用于海上导航的信息的处理中。
Description
技术领域
涉及全球导航卫星系统领域，具体涉及海上导航信息。
背景技术
实时动态定位RTK(Real-Time Kinematic)以及精密单点定位PPP(Precise PointPositioning)是GNSS高精度定位中最为广泛、最具代表性的技术。其中，以状态域空间误差修正为特点的PPP技术覆盖范围广，但收敛时间较长；以密集布站为特点的网络RTK技术收敛较快，但服务范围小。因此结合以上两种技术优势的PPP-RTK技术应运而生。
目前，日本准天顶卫星系统(QZSS)已率先基于L6D信号实现了星基PPP-RTK增强服务CLAS，数据播发速率2000bps，服务范围覆盖日本本土。此外，部分商业公司也开始提供PPP-RTK服务，如Trimble公司的CenterPoint RTX服务、NovAtel公司的TerraStar-X服务、Fugro公司的Marinstar G4+服务以及GEO++公司的SSRPOST服务等。虽然上述商业服务涉及PPP-RTK应用，但其针对PPP-RTK服务的编码格式以及播发方案鲜有公开资料可供参考。
GNSS星基增强服务在海洋应用领域的需求不断增加，要实现海域应用的信号增强服务，通讯链路的带宽限制是关键问题之一。通过引入多GNSS系统以及区域大气改正信息，该问题变得愈发严重。并且对于与生命安全相关的导航应用，需要系统端提供增强数据的完好性信息。目前为止，尚无开放的、行业公认的标准支持PPP-RTK应用所需的最低带宽需求，同时为与生命安全相关的导航应用提供完好性信息。
综上所述，发明一种基于GNSS增强服务信息的解构重编码方法具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中存在的对于与生命安全相关的导航应用，需要系统端提供增强数据的完好性信息；且目前为止，尚无开放的、行业公认的标准支持PPP-RTK应用所需的最低带宽需求，同时为与生命安全相关的导航应用提供完好性信息的问题，本发明提供的技术方案为：
基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法，所述方法包括：
步骤1：对所述导航信息的GNSS服务信息数据进行增强；
步骤2：对增强后的GNSS服务信息进行格式压缩以及宽带优化；
步骤3：输出步骤2的处理结果，作为重编码结果。
进一步，提供一个优选实施方式，所述步骤1还包括：
步骤1.1：采集预设的改正信息变化率；
步骤1.2：扩充区域大气改正信息；
步骤1.3：采集预设的完好性指标。
进一步，提供一个优选实施方式，所述步骤1.2中的区域大气改正信息包括：区域电离层信息和区域对流层信息。
进一步，提供一个优选实施方式，所述步骤2还包括：
步骤2.1：以紧凑的格式描述所述增强后的GNSS服务信息数据的改正信息的变化。
基于同一发明构思，本发明还提供了基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码装置，所述装置包括：
模块1：用于对所述导航信息的GNSS服务信息数据进行增强；
模块2：用于对增强后的GNSS服务信息进行格式压缩以及宽带优化；
模块3：用于输出步骤2的处理结果，作为重编码结果。
进一步，提供一个优选实施方式，所述模块1还包括：
模块1.1：用于采集预设的改正信息变化率；
模块1.2：用于扩充区域大气改正信息；
模块1.3：用于采集预设的完好性指标。
进一步，提供一个优选实施方式，所述模块1.2中的区域大气改正信息包括：用于区域电离层信息和区域对流层信息。
进一步，提供一个优选实施方式，所述模块2还包括：
模块2.1：用于以紧凑的格式描述所述增强后的GNSS服务信息数据的改正信息的变化。
基于同一发明构思，本发明还提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当计算机的处理器处理所述储存介质中的计算机程序时，所述计算机执行所述的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法。
基于同一发明构思，本发明还提供了计算机，包括处理器和储存介质，所述储存介质中储存有计算机程序，当所述计算机的处理器处理所述储存介质中的计算机程序时，所述计算机执行所述的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法。
本发明的有益之处在于：
本发明提供的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法，针对PPP-RTK服务应用的GNSS增强服务信息数据量大且未提供区域大气完好性信息问题，本发明提出一种GNSS增强服务信息的解构重编码方法，能够在海域通信受限条件下保障用户端的服务性能以及完好性。
适合应用于生命安全相关的导航的研究中，还可应用于海上导航的信息的处理中。
附图说明
图1为实施方式十一提到的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明提供的技术方案的优点和有益之处体现得更清楚，现结合附图对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，具体的：
实施方式一、本实施方式提供了基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法所述方法包括：
步骤1：对所述导航信息的GNSS服务信息数据进行增强；
步骤2：对增强后的GNSS服务信息进行格式压缩以及宽带优化；
步骤3：输出步骤2的处理结果，作为重编码结果。
具体的，
步骤1包括，提供改正信息的变化率，提高海域GNSS服务慢更新条件下的稳定性；扩充区域大气改正信息，包括区域电离层信息以及区域对流层信息，以支持PPP-RTK服务；提供各类改正信息的完好性指标，支持用户端的完好性监测，保障用户端的完好性需求；
步骤2包括，以紧凑的格式描述GNSS增强服务数据各类改正信息的变化以及保证海洋用户在增强服务数据慢更新条件下的服务性能；保持与现有RTCM标准的兼容性；具有足够的灵活性，以支持现有和未来的GNSS信号。
实施方式二、本实施方式是对实施方式一提供的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法的进一步限定，所述步骤1还包括：
步骤1.1：采集预设的改正信息变化率；
步骤1.2：扩充区域大气改正信息；
步骤1.3：采集预设的完好性指标。
实施方式三、本实施方式是对实施方式二提供的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法的进一步限定，所述步骤1.2中的区域大气改正信息包括：区域电离层信息和区域对流层信息。
实施方式四、本实施方式是对实施方式一至三任意一项提供的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法的进一步限定，所述步骤2还包括：
步骤2.1：以紧凑的格式描述所述增强后的GNSS服务信息数据的改正信息的变化。
实施方式五、本实施方式提供了基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码装置，所述装置包括：
模块1：用于对所述导航信息的GNSS服务信息数据进行增强；
模块2：用于对增强后的GNSS服务信息进行格式压缩以及宽带优化；
模块3：用于输出步骤2的处理结果，作为重编码结果。
实施方式六、本实施方式是对实施方式五提供的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码装置的进一步限定，所述模块1还包括：
模块1.1：用于采集预设的改正信息变化率；
模块1.2：用于扩充区域大气改正信息；
模块1.3：用于采集预设的完好性指标。
实施方式七、本实施方式是对实施方式六提供的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码装置的进一步限定，所述模块1.2中的区域大气改正信息包括：用于区域电离层信息和区域对流层信息。
实施方式八、本实施方式是对实施方式五至七提供的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码装置的进一步限定，所述模块2还包括：
模块2.1：用于以紧凑的格式描述所述增强后的GNSS服务信息数据的改正信息的变化。
实施方式九、本实施方式提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当计算机的处理器处理所述储存介质中的计算机程序时，所述计算机执行实施方式四提供的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法。
实施方式十、本实施方式提供了计算机，包括处理器和储存介质，所述储存介质中储存有计算机程序，当所述计算机的处理器处理所述储存介质中的计算机程序时，所述计算机执行实施方式四提供的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法。
实施方式十一、本实施方式是为实施方式四提供的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法提供一个具体的实施方式，同时用于解释实施方式一至四，具体的：
步骤1，GNSS服务信息数据增强：
由于星载原子钟频率较高，因此卫星钟差相较于其他差分修信息对定位性能影响较大，而绝大多数实时数据流提供的卫星钟差改正信息仅包含C0参数，C1和C2参数置为0。对于陆地服务而言，通信带宽较大，传输稳定性较高，完全可以通过高更新频率满足服务所需要求。而海洋环境通讯受限，GNSS服务数据更新频率较低，为满足既定服务需求，需要对GNSS服务数据中的卫星钟差改正信息播发C1、C2参数，以保障海上服务数据慢更新条件下的服务性能。针对GNSS服务数据其他改正信息，可根据其时间特性和空间特性，提供相应的改正信息变化率，以满足海上PPP-RTK服务定位性能需求。
对于大气延迟改正信息中的区域电离层改正信息，播发与服务区域经纬度相关多项式参数以及格网点参数，其中多项式参数在区域电离层改正信息流中播发，而格网点参数与对流层格网点参数在区域对流层改正信息流中合并播发，可以减少数据冗余，缓解海上通信压力。
GNSS服务数据除钟轨改正信息以外，均附加偏差B值、QI信息以及先验概率Pf。对于卫星钟轨改正信息的B值、QI信息以及先验概率Pf，则进行单独播发。其中，对于卫星相关的空间几何改正信息，在相应电文数据头中添加不区分卫星的先验概率Pf，在电文数据体中各卫星改正信息后添加区分卫星的B值以及QI信息；对于卫星无关的大气延迟改正信息，在相应电文数据头中添加B值、QI以及先验概率Pf。对于播发前GNSS服务数据，在播发时刻默认均为可用，不向用户播发可用性标识；播发后对GNSS服务数据进行后验监测，对异常改正信息，及时向用户告警，并单独追加异常改正信息的可用性标识。
步骤2，GNSS服务信息格式压缩以及带宽优化：
掩码——卫星掩码、信号掩码以及单元掩码。解构重编码格式的GNSS服务数据不区分GNSS系统，分别将各GNSS系统相同类型的改正信息合并到同一电文信息中播发。使用卫星掩码区分与卫星相关的改正信息及完好性信息，如卫星轨道、卫星钟差改正信息以及钟轨完好性信息，利用信号掩码和单元掩码确定需要播发的码偏差信息和相位偏差信息，可以有效减少GNSS服务信息的数据量。
其中，卫星掩码范围为0-59，分别对应各GNSS系统卫星的PRN号，对应标志位为1时，表示该系统存在与对应卫星相关的改正信息，如卫星轨道改正信息、卫星钟差改正信息以及钟轨完好性信息；信号掩码范围为0-15，对应各GNSS系统的导航服务信号，对应标志位为1时，表示卫星掩码标志位为1的所有卫星信号合集；单元掩码范围根据信号掩码个数决定，表示相应卫星具体的信号子集，对应标志位为1时，表示存在相应的信号偏差改正信息，如码偏差改正信息、相位偏差改正信息以及相应的完好性信息。
可变长度——解构重编码格式的GNSS服务数据长度可变。GNSS服务数据中空间几何改正信息根据掩码信息提供的卫星掩码、信号掩码以及单元掩码，仅播发对应标志位为1的空间几何改正信息，对于标志位为0的空间几何改正信息，不保留相应有效数据位。大气延迟改正信息和完好性信息处理策略同上。
相对偏差——描述同一频率不同信号之间卫星信号延迟的系统差异，避免在实时数据中使用绝对值传输。相对偏差主要针对GNSS服务差分修正信息中的码偏差和相位偏差。通常来说，RTCM SSR中的码偏差和相位偏差播发的都是信号偏差的绝对值，在数值上较为接近。因此，对于PPP-RTK服务而言，解构重编码格式采用码偏差和相位偏差合并播发的策略，以码偏差为基准，相位偏差仅播发同频码偏差和原始相位偏差的差值，能够减少相位偏差整数部分的有效位数以及数据头的冗余，有效减少数据吞吐量，优化带宽。
有效位数——确定GNSS各服务数据的有效位数对海上所需服务性能的影响，减少其传输的有效位数。进行大量实验及仿真，通过改变各类型服务数据有效位数，分析各种改正信息的有效位数对定位性能的影响，在满足PPP-RTK服务需求的前提下，优化GNSS服务数据播发的有效位数。
无损压缩编码——压缩解构重编码格式的实时数据流，进一步优化带宽。压缩后的GNSS服务数据使用Rice编码算法重编码，通过无损数据压缩，进一步减少数据吞吐量，优化海上通信带宽和传输效率。
本发明提供的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法，将PPP-RTK各类增强服务信息以及相应的完好性信息进行整合优化生成紧凑的增强服务数据，优化通信链路带宽并提升用户端完好性监测性能，为系统端面向海域用户提供一种增强服务信息编码协议。
以上所述的几个具体实施方式是为了突出本发明提供的技术方案的优点和有益之处，并不用于作为对本发明的限制，任何基于本发明的精神和原则范围内的，对本发明提供的技术方案的修改和改进、实施方式的改进和组合等，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：对所述导航信息的GNSS服务信息数据进行增强；
步骤2：对增强后的GNSS服务信息进行格式压缩以及宽带优化；
步骤3：输出步骤2的处理结果，作为重编码结果。
2.根据权利要求1所述的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法，其特征在于，所述步骤1还包括：
步骤1.1：采集预设的改正信息变化率；
步骤1.2：扩充区域大气改正信息；
步骤1.3：采集预设的完好性指标。
3.根据权利要求2所述的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法，其特征在于，所述步骤1.2中的区域大气改正信息包括：区域电离层信息和区域对流层信息。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法，其特征在于，所述步骤2还包括：
步骤2.1：以紧凑的格式描述所述增强后的GNSS服务信息数据的改正信息的变化。
5.基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码装置，其特征在于，所述装置包括：
模块1：用于对所述导航信息的GNSS服务信息数据进行增强；
模块2：用于对增强后的GNSS服务信息进行格式压缩以及宽带优化；
模块3：用于输出步骤2的处理结果，作为重编码结果。
6.根据权利要求5所述的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码装置，其特征在于，所述模块1还包括：
模块1.1：用于采集预设的改正信息变化率；
模块1.2：用于扩充区域大气改正信息；
模块1.3：用于采集预设的完好性指标。
7.根据权利要求6所述的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码装置，其特征在于，所述模块1.2中的区域大气改正信息包括：用于区域电离层信息和区域对流层信息。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码装置，其特征在于，所述模块2还包括：
模块2.1：用于以紧凑的格式描述所述增强后的GNSS服务信息数据的改正信息的变化。
9.计算机储存介质，用于储存计算机程序，其特征在于，当计算机的处理器处理所述储存介质中的计算机程序时，所述计算机执行权利要求4所述的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法。
10.计算机，包括处理器和储存介质，所述储存介质中储存有计算机程序，其特征在于，当所述计算机的处理器处理所述储存介质中的计算机程序时，所述计算机执行权利要求4所述的基于GNSS服务信息增强的导航信息解构重编码方法。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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