WO2021227301A1 - 卫星导航定位辅助星历数据压缩及传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卫星导航定位辅助星历数据压缩及传输方法，设备进行定位时判断本地存储星历数据是否过期，若过期则向服务器请求当前星历数据，请求消息中包含本地存储星历的时间戳信息；服务器接收到设备请求后，查找当前星历数据，并根据上传的时间戳信息找到该时间戳对应的过期星历数据；将当前星历与过期星历的所有参数进行相减，得到每个参数的变化量；用4个字节来表示卫星编号和26个参数的变化状态，对4个字节和每个不为0的参数变化量分别进行数值压缩打包形成数据流。本发明仅向设备传输压缩后的变化量及附加少量数据，可将总传输数据压缩至原有的70％左右，在窄带通讯中可以有效的降低数据传输量和传输时间，降低设备通讯能耗。

Description

卫星导航定位辅助星历数据压缩及传输方法 技术领域

本发明属于卫星定位技术领域，涉及卫星导航定位辅助星历数据压缩及传输方法。

背景技术

基于导航卫星的导航定位技术定位精度较高，使用方便，其相关应用已经渗透到各行各业，所带来的利益也越加显著。一般情况下设备的首次定位时间约为30秒，对于低功耗设备而言，30秒时间会造成极大的能耗，不利于设备的长期工作。为了减少设备的首次定位时间，由服务器发送当前星历数据来辅助设备进行定位，从而缩短设备的首次定位时间，降低设备能耗。

设备进行定位时，先从服务器获取当前星历数据，如GPS系统约32颗卫星，北斗系统约30颗卫星，单颗卫星星历数据量约60字节，每次服务器下发的数据量约3720字节。若再使用GLONASS和Galileo等系统进行定位，传输的数据量将超过6000字节。对于使用窄带通讯的设备，如NB-IoT设备，传输较多数据同样会增加能耗和首次定位时间。

发明内容

为尽可能降低设备能耗，本发明公开了一种卫星导航定位辅助星历数据压缩及传输方法，可以对星历数据进行压缩，减少传输的数据 量。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

卫星导航定位辅助星历数据压缩方法，包括如下步骤：

步骤1，设备进行定位时先判断本地存储星历数据是否过期，若数据过期则向服务器请求当前星历数据，请求消息中包含本地存储星历的时间戳信息；

步骤2，服务器接收到设备请求后，查找当前星历数据，并根据上传的时间戳信息找到该时间戳对应的过期星历数据；

步骤3，将当前星历与过期星历的所有参数进行相减，得到每个参数的变化量；

步骤4，用4个字节来表示卫星编号和26个参数的变化状态，其中0～5位表示卫星编号，6～31位使用位图方法表示对应的各卫星参数是否变化；

步骤5，对步骤4中所述的4个字节和每个不为0的参数变化量分别进行数值压缩，数值压缩过程如下：

a)将数据向左移一位，并将位于最高位的符号位移动到最低位；

b)将数据拆分为7位表示；

c)用每字节最高位数值表示是否存在更高位数据，并去除最高位数值表示不存在更高位数据的字节前面的其他字节；

步骤6，将所有变化量进行数值压缩后进行打包形成数据流，数据排列顺序为：卫星编号和参数变化状态压缩值，不为0参数变化量压缩值。

进一步的，所述步骤1中过期时间设置为1～4小时。

进一步的，所述步骤4中4个字节的6～31位，0表示该参数变化，1表示该参数不变。

进一步的，所述步骤c)中，每字节最高位数值为1表示存在更高位数据，0表示不存在更高位数据。

卫星导航定位辅助星历数据传输方法，包括卫星导航定位辅助星历数据压缩方法，包括服务器向设备发送数据，以及设备接收到服务器返回的数据后进行数据解压的过程，数据解压过程具体包括如下步骤：

步骤1，设备接收到数据流，根据每个字节最高位将数据流拆分为多组参数，并进行如下处理：

a)读取数据流一个字节，根据该字节最高位数值判断是否存在更高位字节，继续步骤b)；

b)若存在更高位字节，则继续读取下一个字节数据；

c)重复a)～b)步骤，直到读取的字节不存在更高位字节；

d)去除每个字节最高位，并取出每个字节的低7位进行重组；

反复执行上述a)～d)步骤，直至读取数据流中的所有数据，从而得到卫星编号和参数变化状态字节和后续的各个参数变化量；

步骤2，将重组数据进行数值解压，得到所有参数的变化量，步骤如下：

a)获取变化量最高位的符号位，并取负；

b)重组数据向右移一位，并表示为8位字节形式；

c)将a与b结果进行异或操作，得到变化量；

步骤3，将变化量还原为参数值，过程如下：

a)从数据流6～31位判断各卫星参数是否有变化；

b)根据星历参数位图得到每个有变化的星历参数的变化量后，将变化量与对应卫星编号的本地星历参数相加，得到当前星历参数。

进一步的，所述步骤1的a)步骤中，字节最高位数值为1表示存在更高位数据，0表示不存在更高位数据。

进一步的，所述步骤3的a)步骤中，6～31位中为0表示该参数变化，1表示该参数不变。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

本发明由服务器比较当前星历数据与设备本地存储的星历数据，得到参数的变化量并进行数值压缩，并在数据中采用参数变化标志位来对变化量进行索引，仅向设备传输压缩后的变化量及附加少量数据，可将总传输数据压缩至原有的70％左右，在窄带通讯中可以有效的降低数据传输量和传输时间，降低设备通讯能耗。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

我们经过多次试验发现，设备从服务器每次下载的星历数据中，部分参数不变化，部分星历数据变化较小。对于不变化的数据，我们 可以不发送给设备，只告诉设备此数据未变化；对于变化的数据，使用参考星历进行计算并压缩计算结果。采用位图的方式表示参数是否变化，位图对应的卫星参数如下表1所示：

星历参数	对应的位图索引
卫星健康状态	6
整周计数	7
用户距离精度指数	8
卫星设备时延差	9
轨道倾角变化率	10
星历数据龄期	11
钟差参数参考时间	12
钟差参数0	13
钟差参数1	14
钟差参数2	15
时钟数据龄期	16
轨道半径的余弦调和改正项的振幅	17
卫星平均运动速率与计算值之差	18
参考时间的平近点角	19
纬度幅角的余弦调和改正项的振幅	20
偏心率	21
纬度幅角的正弦调和改正项的振幅	22
长半轴的平方根	23
星历参考时间	24
轨道倾角的正弦调和改正项的振幅	25
按参考时间计算的升交点赤经	26
轨道倾角的余弦调和改正项的振幅	27
参考时间的轨道倾角	28
轨道半径的正弦调和改正项的振幅	29
近地点幅角	30
升交点赤经变化率	31

表1

具体地说，本发明提供的卫星导航定位辅助星历数据压缩方法，包括如下步骤：

步骤1，设备进行定位时先判断本地存储星历数据是否过期，过期时间可设置为1～4小时，若数据过期则向服务器请求当前星历数 据，请求消息中包含本地存储星历的时间戳信息。

步骤2，服务器接收到设备请求后，查找当前星历数据，并根据上传的时间戳信息找到该时间戳对应的过期星历数据，即与设备本地存储相同星历数据。

步骤3，将当前星历与过期星历的所有参数进行相减，得到每个参数的变化量。

步骤4，星历数据内容包括26个参数，每个参数长度为1～32个比特。用4个字节来表示卫星编号和26个参数的变化状态。前4个字节的0～5位表示卫星编号，6～31位使用位图方法(表1所示)表示对应的卫星参数，固定位置的每一位代表一个参数是否变化，其中，0表示该参数变化，1表示该参数不变。

步骤5，对前4字节和每个不为0的参数变化量分别进行数值压缩，数值压缩过程如下：

假设其中某个参数的变化量为32位数值：00000000 00000000 00000001 00000001

a变化量向左移一位，并将符号位(最高位)移动到最低位，结果如下：

00000000 00000000 00000010 00000010

b)将数据拆分为7位表示，结果如下：

0000 0000000 0000000 0000100 0000010

c)用每字节最高位表示是否存在更高位数据，1表示存在，0表示不存在，并去除最高位为0的字节前面的其他字节，结果如下：

00000100 10000010

步骤6，将所有变化量进行数值压缩后进行打包形成数据流，数据排列顺序为：卫星编号和参数变化状态压缩值，不为0参数变化量压缩值。

通过上述步骤，星历数据压缩完成，并由服务器发送至设备，发送数据流时由低位至高位发送各字节。

设备接收到服务器返回的数据后，进行数据解压，得到当前最新的卫星星历数据，星历数据解压方法如下：

步骤1，设备接收到数据流，根据每个字节最高位将数据流拆分为多组参数，过程如下：

以设备接收数据流的前4个字节为例进行说明，假设前4个字节为：10000010 00000100 10000111 10000001

a)读取数据流一个字节，判断该字节最高位是否为1，继续步骤b)

本例中，读取数据：10000010，高位为1

b)若该字节最高位为1，表示下一个字节为该参数的高字节位，则继续读取下一个字节数据。

本例中继续读取下一个字节数据后结果为：00000100 10000010

c)重复a～b步骤，直到读取字节的最高位为0

上述步骤b)中读取字节的最高高位为0，因此最终读取的数据为：00000100 10000010

d)去除每个字节最高位，并取出每个字节的低7位进行重组，结 果如下：

重组数据：0000100 0000010

反复执行上述a)～d)步骤，直至读取数据流中的所有数据，从而得到卫星编号和参数变化状态字节和后续的各个参数变化量。

步骤2，将重组数据进行数值解压，得到所有参数的变化量，步骤如下：

a)获取变化量的符号位(最高位)，并取负，结果如下：

00000000 00000000

b)重组数据向右移一位，并表示为8位字节形式，结果如下：

00000001 00000001

c)将a与b结果进行异或操作，得到变化量，结果如下：

00000001 00000001

步骤3，将变化量还原为参数值，过程如下：

a)数据流第一个参数的0～5表示卫星编号，6～31星历参数的位图，因此从第6位开始判断是否为1。位为1则表示有此参数，变化量为进行数值解压后得到的结果；位为0表示无此参数，变化量为0。

b)根据星历参数位图得到每个星历参数的变化量后，将变化量与对应卫星编号的本地星历参数相加，结果为当前星历参数。

星历数据解压缩完成。

上述星历数据的压缩与解压缩过程即是卫星导航定位辅助星历数据的完整传输方法。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1. 卫星导航定位辅助星历数据压缩方法，其特征在于，包括如下步骤：

   步骤1，设备进行定位时先判断本地存储星历数据是否过期，若数据过期则向服务器请求当前星历数据，请求消息中包含本地存储星历的时间戳信息；

   步骤2，服务器接收到设备请求后，查找当前星历数据，并根据上传的时间戳信息找到该时间戳对应的过期星历数据；

   步骤3，将当前星历与过期星历的所有参数进行相减，得到每个参数的变化量；

   步骤4，用4个字节来表示卫星编号和26个参数的变化状态，其中0-5位表示卫星编号，6-31位使用位图方法表示对应的各卫星参数是否变化；

   步骤5，对步骤4中所述的4个字节和每个不为0的参数变化量分别进行数值压缩，数值压缩过程如下：

   a)将数据向左移一位，并将位于最高位的符号位移动到最低位；

   b)将数据拆分为7位表示；

   c)用每字节最高位数值表示是否存在更高位数据，并去除最高位数值表示不存在更高位数据的字节前面的其他字节；

   步骤6，将所有变化量进行数值压缩后进行打包形成数据流，数据排列顺序为：卫星编号和参数变化状态压缩值，不为0参数变化量 压缩值。
2. 根据权利要求1所述的卫星导航定位辅助星历数据压缩方法，其特征在于，所述步骤1中过期时间设置为1－4小时。
3. 根据权利要求1所述的卫星导航定位辅助星历数据压缩方法，其特征在于，所述步骤4中4个字节的6－31位，0表示该参数变化，1表示该参数不变。
4. 根据权利要求1所述的卫星导航定位辅助星历数据压缩方法，其特征在于，所述步骤c)中，每字节最高位数值为1表示存在更高位数据，0表示不存在更高位数据。
5. 卫星导航定位辅助星历数据传输方法，其特征在于，包括权利要求1-4中任意一项所述的卫星导航定位辅助星历数据压缩方法，包括服务器向设备发送数据，以及设备接收到服务器返回的数据后进行数据解压的过程，数据解压过程具体包括如下步骤：

   步骤1，设备接收到数据流，根据每个字节最高位将数据流拆分为多组参数，并进行如下处理：

   a)读取数据流一个字节，根据该字节最高位数值判断是否存在更高位字节，继续步骤b)；

   b)若存在更高位字节，则继续读取下一个字节数据；

   c)重复a)－b)步骤，直到读取的字节不存在更高位字节；

   d)去除每个字节最高位，并取出每个字节的低7位进行重组；

   反复执行上述a)－d)步骤，直至读取数据流中的所有数据，从而得到卫星编号和参数变化状态字节和后续的各个参数变化量；

   步骤2，将重组数据进行数值解压，得到所有参数的变化量，步骤如下：

   a)获取变化量最高位的符号位，并取负；

   b)重组数据向右移一位，并表示为8位字节形式；

   c)将a与b结果进行异或操作，得到变化量；

   步骤3，将变化量还原为参数值，过程如下：

   a)从数据流6－31位判断各卫星参数是否有变化；

   b)根据星历参数位图得到每个有变化的星历参数的变化量后，将变化量与对应卫星编号的本地星历参数相加，得到当前星历参数。
6. 根据权利要求5所述的卫星导航定位辅助星历数据传输方法，其特征在于，所述步骤1的a)步骤中，字节最高位数值为1表示存在更高位数据，0表示不存在更高位数据。
7. 根据权利要求5所述的卫星导航定位辅助星历数据传输方法，其特征在于，所述步骤1的a)步骤中，字节最高位数值为1表示存在更高位数据，0表示不存在更高位数据。