CN116032350B - 一种低轨导航增强电文的电文编排与发送方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低轨导航增强电文的电文编排与发送方法，涉及低轨卫星信号传输技术领域，其目的是提升低轨导航增强电文传输的效率和可靠性，包括以下步骤：待播发的导航增强电文包括依次排列的同步头、卫星编号、信息类型编号、电文信息和校验码；将待播发的导航增强电文分为低速电文和高速电文；对低速电文和高速电文的电文信息分别采用不同长度的数据块格式进行编排；播发每颗低轨卫星的一条导航电文时，按照码周期时分复用的方式，按照不同播发规则播发低速电文和高速电文；同时播发不同低轨卫星或频率间的多条导航增强电文时，采用交叉播出的顺序进行播发；接收端接收低速电文和/或高速电文。本发明具有传输可靠、效率高的优点。

Description

一种低轨导航增强电文的电文编排与发送方法

技术领域

本发明涉及低轨信号传输技术领域，具体而言，涉及一种低轨导航增强电文的电文编排与发送方法。

背景技术

全球卫星导航系统（GNSS），又称全球卫星导航系统，是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统，其成熟的产业推广和技术应用极大地牵引了卫星导航的发展需求，基本导航服务已经日渐成熟，而复杂电磁环境下的抗干扰技术以及分米、厘米级高精度导航定位服务逐步成为近年来卫星导航领域的讨论热点。低轨星座优越的平台和轨道特性使其被誉为未来极具潜力的卫星导航手段。特别是近十年商业航天的蓬勃发展，带动了卫星平台技术及火箭运载技术的突飞猛进，大大降低了低轨卫星制造与发射成本，使得面向低轨星座的导航定位技术成为研究热点和发展方向。

低轨卫星具有轨道低、信号强、运行速度快、全球覆盖、地面监测天基化等一系列优点，可以为传统GNSS系统解决抗干扰和高精度定位需求提供巨大的技术潜力。近些年来以SpaceX等为代表的巨型低轨通信星座的蓬勃发展，也将基于低轨星座的导航增强系统的设计提上了议事日程。导航电文是由导航卫星播发给用户，用于描述卫星运行状态和其他参数的信息数据，通常包括卫星健康状况、星历、历书、卫星时钟改正参数、电离层时延模型参数等内容。传统GNSS的导航电文一般采用帧结构的编排格式并按照子帧或页面顺序播发基本导航电文，播发的电文速率低，通常只有50bps~250bps。而低轨导航增强系统除播发基本导航电文外还要播发精密改正数，一般包括轨道、钟差改正数，载波相位偏差、码偏差等参数。

因此低轨导航增强系统的导航电文需要克服传统GNSS导航电文在数据时效性、数据传输率和可靠性、传输信道利用率、可扩充性等方面存在的缺陷，针对低轨星座的应用需求在数据内容、差错控制编码、编排结构以及播发方式等方面进行改进设计。

发明内容

本发明的提供一种低轨导航增强电文的电文编排方法，其目的是提升低轨导航增强电文传输的效率和可靠性。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一种低轨导航增强电文的电文编排方法，导航增强电文由低轨卫星通过L波段导航频段上的2个不同频率进行发射，分别为频率1和频率2，包括以下步骤：

待播发的导航增强电文包括依次排列的同步头、卫星编号、信息类型编号、电文信息和校验码；

将待播发的导航增强电文分为低速电文和高速电文；

通过多重差错控制的前向纠错方法对待播发的导航增强电文进行信道编码；

对低速电文和高速电文的电文信息分别采用不同长度的数据块格式进行编排。

优选地，所述低速电文的内容包括低轨卫星自身的时间信息、卫星状况参数、星历参数、历书参数、钟差参数和电离层参数；

所述高速电文包括全体导航卫星系统的轨道、钟差、载波相位偏差和码偏差。

优选地，所述低速电文的信息速率为100bps，所述高速电文的信息速率为3000bps。

优选地，所述通过多重差错控制的前向纠错方法对待播发的导航增强电文进行信道编码包括：

对所述低速电文的信道编码采用CRC校验码、卷积码和交织码相结合的编码方式；

对所述高速电文的信道编码采用CRC校验码和基于CSK调制的多进制LDPC码相结合的方式。

优选地，所述对低速电文和高速电文的电文信息分别采用不同长度的数据块格式进行编排包括：

所述低速电文的数据块长度为200比特，所述高速电文的数据块长度为3000比特。

本发明还提供了一种低轨导航增强电文的电文发送方法，应用于以上一种低轨导航增强电文的电文编排方法，按照以下方法播发编排后的低轨导航增强电文：

播发每颗低轨卫星的一条导航电文时，按照码周期时分复用的方式，按照不同播发规则播发低速电文和高速电文，所述播发规则包括播发顺序和播发周期；

同时播发不同低轨卫星或频率间的多条导航增强电文时，采用交叉播出的顺序进行播发。

优选地，所述低速电文的播发时间为2秒，所述高速电文的播发时间为1秒。

优选地，所述低速电文的所述播发规则为：所述低速电文的数据块按照信息类型固定周期和顺序播发。

优选地，所述高速电文的所述播发规则为：所述高速电文的数据块按照信息类型随机播发。

优选地，所述采用交叉播出的顺序进行播发包括：

当播发所述导航增强电文的两颗低轨卫星相邻时，两颗低轨卫星的所述低速电文和所述高速电文播发的时隙相互交叉；

当播发所述导航增强电文的多颗低轨卫星在同一轨道面顺序排列，多颗低轨卫星的所述高速电文在同一时段内播出的信息类型依次交叉；

当播发的多个所述导航增强电文为同一低轨卫星，但所述导航增强电点具有不同频点时，多个所述导航增强电文的所述低速电文和所述高速电文播发的时隙相互交叉，所述高速电文在同一时段内播出的信息类型相互交叉。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本发明根据低轨星座的应用特点和导航增强功能的技术要求，对低轨导航增强电文在数据内容、差错控制编码、编排结构以及播发方式等方面进行针对性优化设计；

本发明避免了传统导航电文在数据时效性、数据传输率和可靠性、传输信道利用率、可扩充性等方面存在的缺陷，为低轨导航增强系统的设计提供了有效方案，具有实际工程意义；

本发明将电文划分为低速电文和高速电文，接收端可以选择接收电文类型，既可以实现基本导航服务，又能提高导航精度；

本发明通过对高速电文和低速电文的电文信息采用不同数据块格式进行编排，克服了传统导航电文的功能扩展和增强方面的灵活性差、信道带宽利用率不高的缺陷；

本发明易于实施，便于推广和应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的一种低轨导航增强电文的电文编排方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参阅图1，本实施例提供了一种低轨导航增强电文的电文编排方法，导航增强电文由低轨卫星通过L波段导航频段上的2个不同频率进行发射，分别为频率1和频率2，包括以下步骤：

待播发的导航增强电文包括依次排列的同步头、卫星编号、信息类型编号、电文信息和校验码；

步骤S1：将待播发的导航增强电文分为低速电文和高速电文；

步骤S2：通过多重差错控制的前向纠错方法对待播发的导航增强电文进行信道编码；

步骤S3：对低速电文和高速电文的电文信息分别采用不同长度的数据块格式进行编排。

本发明对电文进行了划分，分为了高速电文和低速电文，根据应用需求的不同，接收端可以选择接收其中一种电文，或同时接收两种电文，也就是说接收端接收低速电文和/或高速电文，从而既能通过低轨星座实现独立的基本导航服务，也能结合传统GNSS系统实现精度增强。同时进行了数据块的编排和编码，播发导航增强电文的规则，进一步保障播发效率和质量，避免发生发冲突。

实施例2

本实施例基于实施例1的技术方案，对低速电文和高速电文的划分做进行进一步说明。

在本实施例中，所述低速电文的内容包括更新速度慢、数据量小的导航基本信息，也就是低轨卫星自身的时间信息、卫星状况参数、星历参数、历书参数、钟差参数和电离层参数；

所述高速电文包括更新频率快、数据量大的导航增强信息，比如全体导航卫星系统的轨道、钟差、载波相位偏差和码偏差。

进一步地，所述低速电文的信息速率为100bps，所述高速电文的信息速率为3000bps。

总的来说，就是低速电文播发基本导航信息，高速电文播发精密改正信息。

实施例3

本实施例基于实施1的技术方案，对信道编码进行进一步说明。

作为本实施例的优选方案，所述通过多重差错控制的前向纠错方法对待播发的导航增强电文进行信道编码包括：

对所述低速电文的信道编码采用CRC校验码、卷积码和交织码相结合的编码方式；

对所述高速电文的信道编码采用CRC校验码和基于CSK调制的多进制LDPC码相结合的方式。

其中，CRC校验码具有很强的检测能力，能检测突发的连续错误序列；卷积码的纠错能力优于传统GNSS导航电文采用的线性分组码，再结合交织码能提高其抗突发错误的能力；基于CSK调制的多进制LDPC编码则在保持导航信号的扩频增益基础上，既能提高电文信息速率，又能提高编码增益和纠错检错能力。

多重差错控制的信道编码提高了编译码性能，虽然实现复杂度也相对提高，但也适应了目前微处理器的计算能力和导航增强系统对电文传输效率和可靠性提出的更高要求。

实施例4

本实施例基于实施例1的技术方案，对低速电文和高速电文的编排做进行进一步说明。

针对传统GNSS导航电文采用按子帧或页面顺序播发的固定帧结构，具有导航电文的功能扩展和增强方面的灵活性差、信道带宽利用率不高的缺陷，提供导航增强电文编排方法，采用基于具体信息类型分类的数据块格式。

在本实施例中，所述对低速电文和高速电文的电文信息分别采用不同长度的数据块格式进行编排的方法包括：

所述低速电文的数据块长度为200比特，所述高速电文的数据块长度为3000比特；

两种长度的电文分别最多可以定义64种不同类型的数据块，考虑二者对应的信息传输速率，所述低速电文和所述高速电文的数据块的播发时间均在2秒以内。

这种电文编排方式既具备帧结构电文的优势即电文时间的快速同步，又能满足数据内容的灵活性和随机性，并极大地提高了电文信息的传输效率。

实施例5

本实施例提供了一种低轨导航增强电文的电文发送方法，应用于以上任意一项实施例的一种低轨导航增强电文的电文编排方法，按照以下方法播发编排后的低轨导航增强电文：

播发每颗低轨卫星的一条导航电文时，按照码周期时分复用的方式，按照不同播发规则播发低速电文和高速电文，所述播发规则包括播发顺序和播发周期；

同时播发不同低轨卫星或频率间的多条导航增强电文时，采用交叉播出的顺序进行播发。

实施例6

本实施例基于实施例5的技术方案，对低速电文和高速电文的播发规则做进行进一步说明。

作为优选方案，所述低速电文的所述播发规则为：所述低速电文的数据块按照信息类型固定周期和顺序播发；

所述高速电文的所述播发规则为：所述高速电文的数据块按照信息类型随机播发。

作为进一步改进方案，所述低速电文的播发时间为2S，所述高速电文的播发时间为1秒。

本实施例针对低轨卫星的运行特点，分别对每颗星的电文播发顺序以及卫星间或频率间的电文播发顺序进行合理设计，既能确保时间信息、星历和星钟等基本导航参数的播发周期固定，又能满足导航增强信息随机播发的要求。

实施例7

本实施例基于实施例5的技术方案，对低速电文和高速电文的播发规则做进行进一步说明。

对于卫星间或频率间的电文播发顺序，由于低轨星轨道低、运行速度快，卫星的过境时间通常只有5~20分钟，导航电文采用码周期时分复用的方式同时播发高低速电文，对高低速电文的播发时隙和播发类型在不同卫星间或频率间进行交叉编排，可以避免相同时间段内电文信息的冗余并缩短信息的收集时间。所以需要同时播发不同低轨卫星或频率间的多条导航增强电文的情况进行约束和设计，也就是采用交叉播出的顺序进行播发。

作为优选方案，所述采用交叉播出的顺序进行播发包括：

当播发所述导航增强电文的两颗低轨卫星相邻时，两颗低轨卫星的所述低速电文和所述高速电文播发的时隙相互交叉；例如：如对相邻两颗卫星的高低速电文的播发时隙顺序分别为“低-高-低-高”和“高-低-高-低”；

当播发所述导航增强电文的多颗低轨卫星在同一轨道面顺序排列，多颗低轨卫星的所述高速电文在同一时段内播出的信息类型依次交叉；例如：对同轨道面上顺序排列的三颗卫星的高速电文的播发类型顺序分别为“1-2-3-4”、“2-3-4-1”和“3-4-1-2”；

当播发的多个所述导航增强电文为同一低轨卫星，但所述导航增强电点具有不同频点时，多个所述导航增强电文的所述低速电文和所述高速电文播发的时隙相互交叉，所述高速电文在同一时段内播出的信息类型相互交叉；例如：对相同卫星两个频率上的高低速电文的播发时隙顺序分别为“低-高-低-高”和“高-低-高-低”。

在此基础上，还可进一步对相同区域内可见卫星间的电文类型进行交叉播发。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低轨导航增强电文的电文编排方法，导航增强电文由低轨卫星通过L波段导航频段上的2个不同频率进行发射，分别为频率1和频率2，其特征在于，包括以下步骤：

待播发的导航增强电文包括依次排列的同步头、卫星编号、信息类型编号、电文信息和校验码；

将待播发的导航增强电文分为低速电文和高速电文；

通过多重差错控制的前向纠错方法对待播发的导航增强电文进行信道编码；

对低速电文和高速电文的电文信息分别采用不同长度的数据块格式进行编排；

按照以下方法播发编排后的低轨导航增强电文：

播发每颗低轨卫星的一条导航电文时，按照码周期时分复用的方式，按照不同播发规则播发所述低速电文和所述高速电文，所述播发规则包括播发顺序和播发周期；

同时播发不同低轨卫星或频率间的多条导航增强电文时，采用交叉播出的顺序进行播发；

所述采用交叉播出的顺序进行播发包括：

当播发所述导航增强电文的两颗低轨卫星相邻时，两颗低轨卫星的所述低速电文和所述高速电文播发的时隙相互交叉；

当播发所述导航增强电文的多颗低轨卫星在同一轨道面顺序排列，多颗低轨卫星的所述高速电文在同一时段内播出的信息类型依次交叉；

当播发的多个所述导航增强电文为同一低轨卫星，但所述导航增强电文具有不同频点时，多个所述导航增强电文的所述低速电文和所述高速电文播发的时隙相互交叉，所述高速电文在同一时段内播出的信息类型相互交叉。

2.根据权利要求1所述的一种低轨导航增强电文的电文编排方法，其特征在于：

所述低速电文的内容包括低轨卫星自身的时间信息、卫星状况参数、星历参数、历书参数、钟差参数和电离层参数；

所述高速电文包括全体导航卫星系统的轨道、钟差、载波相位偏差和码偏差。

3.根据权利要求2所述的一种低轨导航增强电文的电文编排方法，其特征在于：所述低速电文的信息速率为100bps，所述高速电文的信息速率为3000bps。

4.根据权利要求1所述的一种低轨导航增强电文的电文编排方法，其特征在于：所述通过多重差错控制的前向纠错方法对待播发的导航增强电文进行信道编码包括：

对所述低速电文的信道编码采用CRC校验码、卷积码和交织码相结合的编码方式；

对所述高速电文的信道编码采用CRC校验码和基于CSK调制的多进制LDPC码相结合的方式。

5.根据权利要求1所述的一种低轨导航增强电文的电文编排方法，其特征在于：所述对低速电文和高速电文的电文信息分别采用不同长度的数据块格式进行编排包括：

所述低速电文的数据块长度为200比特，所述高速电文的数据块长度为3000比特。

6.根据权利要求1所述的一种低轨导航增强电文的电文编排方法，其特征在于：所述低速电文的播发时间为2秒，所述高速电文的播发时间为1秒。

7.根据权利要求1所述的一种低轨导航增强电文的电文编排方法，其特征在于：所述低速电文的所述播发规则为：所述低速电文的数据块按照信息类型固定周期和顺序播发。

8.根据权利要求1所述的一种低轨导航增强电文的电文编排方法，其特征在于：所述高速电文的所述播发规则为：所述高速电文的数据块按照信息类型随机播发。

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