CN117499994A - Gnss定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，属于差分定位技术领域，所述压缩方法包括：接收单位时间T内第一帧原始数据帧T0；接收单位时间T内原始数据帧T1、T2…Tn；按顺序取原始数据帧Tn的NB个动态字节数的数据减去原始数据帧T0的NB个动态字节数的数据得到差值数据；判断差值数据是否在一个字节范围；若差值未处于字节范围内，则未形成压缩数据帧Tn；该GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，利用连续原始观察量的数据特征，采用动态压缩算法，实现原始观察量数据长度的大幅缩减，达到以较快的速度记录或者无线传输的目的。

Description

GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法
技术领域
本发明属于差分定位技术领域，具体涉及GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法。
背景技术
目前主流的基于PPK或者RTK的定位装置对于原始观察量的记录或传输，都没有采用连续时间帧的压缩算法。譬如RTK采用的是Ntrip协议，采用最低1Hz的观察量数据输出，数据量大，在ZigBee或Lora等低功耗无线传输设备上，会经常丢帧。即使采用4G传输，当遇到网络阻塞或传输速度降低时，也会导致丢帧、网络中断等情况；
GNSS差分解算定位装置因为有较高的定位精度和原始观察量记录功能，越来越多的被应用于形变检测、地质测量、精准定位等领域。但随之产生的是原始观察量数据量巨大和无线传输速度限制导致原始观察量数据的丢失问题。以输出频率100Hz、四星座全频接收机为例，原始观察量每秒输出数据高达1MB。在便携式接收机中，因为功耗问题，主控芯片一般采用32位MCU，无线数据传输一般采用Lora或者ZigBee等低功耗设备，不管是低功耗MCU或者低功耗无线数据传输设备，对于1MB/S数据记录或者无线传输，都存在阻塞或者丢失的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，以解决差分数据记录和传输丢帧的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法；所述压缩方法包括：
接收单位时间T内第一帧原始数据帧T0；
接收单位时间T内原始数据帧T1、T2…Tn；
按顺序取原始数据帧Tn信息体的动态字节数NB个字节数据减去原始数据帧T0信息体的动态字节数NB个字节数据得到差值数据；NB的取值有32，16，8，4；
判断差值数据是否在一个字节范围；
若差值未处于字节范围内，则未形成压缩数据帧Tn，返回接收单位时间T内原始数据帧T1、T2…Tn的步骤并将动态字节数NB的值更新为上一次动态字节数NB的值的一半；
若差值处于字节范围内，则形成压缩数据帧Tn，输出压缩数据帧Tn；所述还原方法包括：判断保留字的高6bit，如果为000000，则判断为原始数据帧，否则为压缩数据帧；根据压缩的动态字节数NB和保留字的对应关系，若为压缩数据帧，则取信息体中动态字节数NB个字节的数据和原始数据帧中对应的字节进行和的操作，即取压缩数据帧中NB个动态字节数的数据和原始数据帧中对应位置的NB个动态字节数的数据进行求和的操作
优选的，所述字节范围为：-128至+127。
优选的，所述单位时间T=输出频率数值的倒数×10，根据GNSS输出频率决定，例如：GNSS输出帧频率为1时，压缩单位时间T为10；
GNSS输出帧频率为5时，压缩单位时间T为2；
GNSS输出帧频率为10时，压缩单位时间T为1；
GNSS输出帧频率为50时，压缩单位时间T为0.2；
GNSS输出帧频率为100时，压缩单位时间T为0.1。
优选的，所述原始数据帧包括：序言、保留字、信息占用字节个数、信息以及CRC校验；
其中，序言为1字节长度，数值固定为D3。
优选的，所述保留字和信息占用字节个数共占用2字节16比特；
保留字的高6bit为保留字段，数值为零。
优选的，所述压缩数据帧包括：序言、保留字、信息占用字节个数、压缩信息以及CRC校验；
其中，保留字高6bit表示信息体每单位压缩的字节数。
动态字节数NB为原始数据帧，保留字高6bit为000000；
动态字节数NB为4，保留字高6bit为000100；
动态字节数NB为8保留字高6bit为001000；
动态字节数NB为16，保留字高6bit为010000；
动态字节数NB为32，保留字高6bit为100000。
优选的，所述动态字节数NB的初始值为32。
优选的，所述第一帧原始数据帧T0输出到存储设备或无线传输设备，存储设备或无线传输设备用来解码后续压缩数据帧。
优选的，还原后根据CRC数据对还原数据进行校验。
本发明的技术效果和优点：该GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，利用连续原始观察量的数据特征，采用动态压缩算法，实现原始观察量数据长度的大幅缩减，达到以较快的速度记录或者无线传输的目的；便携式GNSS差分定位装置即目标载体，通过比较连续两个时间帧的原始观察量数据，利用原始观察量的数据特征，采用可变长度字节压缩方法记录数据或者无线传输数据；读取端或接收端则利用压缩数据帧中保留字的NB标志位，逆向还原原始观察量；实现RTK原始观察量连续时间数据帧的可变字长压缩，达到大幅度减少原始观察量数据长度，便于快速保存或可以使用低速率无线传输设备进行传输。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明数据压缩示意图；
图3为本发明压缩方法流程示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明提供了如图1、图3中所示的一种GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，实现的基础是GNSS模块输出的数据帧在时间上是连续的，相邻时间数据帧之间的数据相似极高；
如图2中所示，A为GNSS模块在单位时间T内输出的时间连续数据帧，输出顺序为T0，T1…Tn，输出的帧数取决于定位精度的需求，一般为1HZ，10HZ，20HZ，50HZ，100HZ等几种频率；经过B功能模块的动态可变字长压缩方法输出的数据为原始数据帧T0，压缩数据帧T1，T2…Tn；单位时间T的长度，根据输出频率定义，输出频率的倒数×10定义为单位时间，保证单位时间T内为10帧连续数据；
GNSS模块在单位时间T内输出的时间连续数据帧为RTCM格式；根据RTCM格式定义，每帧数据包含序言即播发序言、保留字、信息占用字节个数、信息和CRC校验等五部分组成，其中序言、保留字、信息占用字节个数和CRC校验四个部分所占用字节数固定不变，信息部分长度由播发数据量的大小决定；其中序言为1字节长度，数值固定为D3，保留字和信息占用字节个数两部分共占用2字节16比特，高6bit为保留字，在压缩数据帧中可用来定义为压缩的动态字节数NB，取值范围为4,8,16，32几种。分别表示信息部分每单位压缩的字节数；
低10bit表示信息长度，CRC校验固定为最后三个字节；
表1为原始数据帧和压缩数据帧的数据结构，压缩数据帧和原始数据帧有相同的数据结构，不同之处在于保留字高6bit的含义，压缩数据帧中保留字高6bit表示信息体每单位压缩的字节数，用来正确还原原始数据，原始数据帧中保留字高6bit为保留字段，数值为零；
表1原始数据帧和压缩数据帧的数据结构
本方法主要是对信息体的压缩，因为信息体占用的是帧数据中的绝大部分长度，即使在单模单频中，信息体长度一般为300多字节，占用帧数据长度的95%以上，在多模多频中，信息体长度占用帧数据长度的99%以上。
信息体的内容，通常包含北斗，GPS，GLONASS ，SBAS，QZSS等星座的伪距，载波相位，多普勒和信号强度等信息，而这些信息在时间连续帧中，相类度极高，因此可采用动态可变字节的压缩方法来进行压缩；
接收单位时间T内第一原始数据帧T0，输出T0到存储设备或无线传输设备，存储设备或无线传输设备用来解码后续压缩数据帧，接收单位时间T内第一原始数据帧T1，首先设置压缩差分字节长度为32，然后取原始数据帧T1信息体前32个字节减去原始数据帧T0信息体前32字节，判断差值数据是否在一个字节表示的数据范围内即负128到正127之间，如果在一个字节范围内，则继续取后面32个字节对齐进行差分，一直到差分完成，剩余不足32字节的，按实际剩余字节数进行差分，当每次差值数据超过1字节范围时，则差值NB字节数除以2，如第二次差值字节数NB为16，第三次为8.第四次为4，当尝试完所有NB都不能满足时，则按原始数据帧输出。NB是尝试出来的，例如从32，16，8，4中的一个值。压缩后的NB保存为固定值；由于原始时间的连续性，实际发现大多数情况下，NB为32时即可以完成压缩数据帧；单位时间T根据GNSS输出频率决定，表2为对应关系。
表2单位时间T与GNSS输出频率对应关系
帧数据中保留字高6bit和可变压缩字长的关系如表3所示：
表3保留字高6bit和可变压缩字长对应关系
可变压缩字长NB和帧压缩率的对应关系约为1/NB，压缩效果百分比为1-1/NB,表4为NB和压缩率、以及压缩效果百分比的对应关系；
表4为NB和压缩率以及压缩效果百分比的对应关系
当NB采用32字节压缩成功后，压缩效果高达96.9%左右，举例来说，就是1KB的原始帧数据，压缩后只有0.03K左右的数据。
接收或存储端的数据还原，采用和压缩端相反的逆向方法，首先判断保留字的高6bit，如果为000000，则判断为原始数据帧，如果不为零，则根据NB和保留字的对应关系，取信息体中NB字节和原始数据帧中对应的字节进行和的操作（压缩时是差的操作），这样就可以逆向还原压缩数据帧到原始数据，还原后根据最后三字节CRC数据对还原数据进行校验，可以保证还原数据的正确性。
本申请中名词解释：
GNSS：Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统；
LORA：Long Range Radio，低功耗长距离局域网无线标准；
ZigBee：一种低速短距离传输的无线网上协议；
RTK：Real time kinematic，载波相位差分技术；
Ntrip：Networked Transport of RTCM via Internet Protocol，互联网上进行RTK数据传输的协议；
RTCM：Radio Technology Committee of Marine，即海事无线电技术委员会，由它制定出关于向GPS用户发送差分修正的推荐技术标准——RTCM信息格式，内含PRO和其它附加信息。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (9)

1.GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，其特征在于：所述压缩方法包括：
接收单位时间T第一帧原始数据帧T0；
接收单位时间T原始数据帧T1、T2…Tn；
按顺序取原始数据帧Tn信息体的动态字节数NB个字节数据减去原始数据帧T0信息体的动态字节数NB个字节数据得到差值数据；
判断差值数据是否在一个字节范围；
若差值未处于字节范围内，则未形成压缩数据帧Tn，返回接收单位时间T内原始数据帧T1、T2…Tn的步骤并将动态字节数NB的值更新为上一次动态字节数NB的值的一半；
若差值处于字节范围内，则形成压缩数据帧Tn，输出压缩数据帧Tn；
所述还原方法包括：
判断保留字的高6bit，如果为000000，则判断为原始数据帧，否则为压缩数据帧；若为压缩数据帧，则取中动态字节数NB个字节的数据与原始帧中对应位置的动态字节数NB个字节的数据进行求和操作。
2.根据权利要求1所述的GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，其特征在于：所述字节范围为：-128至+127。
3.根据权利要求1所述的GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，其特征在于：所述单位时间T=输出频率数值的倒数×10。
4.根据权利要求1所述的GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，其特征在于：所述原始数据帧包括：序言、保留字、信息占用字节个数、信息以及CRC校验；
其中，序言为1字节长度，数值固定为D3。
5.根据权利要求4所述的GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，其特征在于：所述保留字和信息占用字节个数共占用2字节16比特；
保留字的高6bit为保留字段，数值为零。
6.根据权利要求1所述的GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，其特征在于：所述压缩数据帧包括：序言、保留字、信息占用字节个数、压缩信息以及CRC校验。
7.根据权利要求1所述的GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，其特征在于：所述动态字节数NB的初始值为32。
8.根据权利要求1所述的GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，其特征在于：所述第一帧原始数据帧T0输出到存储设备或无线传输设备，存储设备或无线传输设备用来解码后续压缩数据帧。
9.根据权利要求8所述的GNSS定位器差分数据记录和传输的压缩以及还原方法，其特征在于：所述还原方法还包括：还原后根据CRC数据对还原数据进行校验。
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