抗误码北斗导航电文接收解析方法

技术领域

本发明属于卫星导航接收技术领域，尤其涉及一种抗误码北斗导航电文接收解析方法。

背景技术

导航电文是用户接收机进行定位的数据基础。BDS(Bei Dou NavigationSatellite System，北导卫星导航系统)导航电文中包含有关卫星的星历、卫星工作状态、时间系统、卫星钟运行状态、轨道摄动改正、大气折射改正等信息。《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件》定义了BDS空间星座部分与用户设备部分之间的接口规范，详尽的解释了导航电文的格式与内容。

导航电文是二进制码，依规定格式组成，按帧向外播送。根据速率和结构不同，导航电文分为D1导航电文和D2导航电文，D1导航电文速率为50bps，D2导航电文速率为500bps，MEO(Medium orbit earth satellite/中轨道地球卫星)/IGSO(InclinedGeoSynchronous Orbit，倾斜地球同步轨道)卫星播发D1导航电文，GEO卫星播发D2导航电文。以MEO/IGSO卫星为例，D1导航电文由超帧、主帧和子帧组成，每个超帧为36000比特，历时12分钟，每个超帧由24个主帧组成(24个页面)，每个主帧为1500比特，历时30秒，每个主帧由5个子帧组成，每个子帧为300比特，历时6秒，每个子帧由10个字组成；每个字为30比特，历时0.6秒。D1导航电文主帧结构及信息内容如图1所示。子帧1至子帧3播发MEO/IGSO卫星(对应图1中本卫星)基本导航信息，子帧4和子帧5分为24个页面，播发全部卫星历书信息及与其它卫星导航系统时间同步信息。

导航电文播发具有更新性和重复性。更新性，即地面监控站需要实时对卫星运动状态、链路工作状态、大气模型等一系列参数进行修正，以设定的周期对这些注入的电文播发参数进行更新；重复性，指考虑用户接入系统的任意时刻的特点，需要播发的导航电文在下一个更新时刻之前重复的播发，以尽快使用户收齐所需电文数据。例如上述D1导航电文，子帧1～子帧3的重复周期为30s，即60s内播发的两帧，除了时间信息不同，其他信息是重复的。

传统的导航电文处理方法是，接收到电文数据帧之后，逐帧处理，按照卫星号、频点号、子帧号、页面号等等进行区分，分别进行解析，按照协议逐比特位读取每帧数据中的电文信息，完成后，分别对每个数据再按照卫星号、频点号、子帧号、页面号进行存储。由于电文的重复性(如BDS星历一小时更新一次，历书一周更新一次)，此外，一些类型数据在所有卫星或者频点播发数据也是完全相同的(如电离层参数信息，时间同步信息等)，这些都使得传统的电文解析处理方式，进行了很多“重复工作”，以致电文解析模块在整个导航解算算法中的低效。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提供一种高效的抗误码北斗导航电文接收解析方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

在一个实施例中，抗误码北斗导航电文接收解析方法，方法包括以下步骤：

步骤S100：获取当前北斗导航电文数据帧；

步骤S200：根据当前北斗导航电文数据帧得到CRC校验和，按照预设的电文帧格式将CRC校验和加入当前北斗导航电文数据帧得到新的当前北斗导航电文数据帧；

步骤S300：根据CRC校验和对新的当前北斗导航电文数据帧进行电文校验处理，得到当前数据帧的有效数据的CRC校验和；

步骤S400：比较当前数据帧的有效数据的CRC校验和与上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和是否一致，当当前数据帧的有效数据的CRC校验和和上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和不一致时迭代改变次数，当改变次数达到预设次数时，按照预设的北斗电文协议对当前北斗导航电文数据帧进行解析。

优选地，北斗导航电文数据帧包括数据、周内秒计数和BCH校验，步骤S300中当前数据帧的有效数据的CRC校验和具体为：

当前数据帧的有效数据的CRC校验和＝CRC校验和-周内秒计数。

优选地，步骤S400还包括：

当当前数据帧的有效数据的CRC校验和和上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和一致时，不解析当前北斗导航电文数据帧。

优选地，步骤S400还包括：

根据当前北斗导航电文数据帧得到当前北斗导航电文数据帧的电文类别，根据电文类别确定预设次数，其中，电文类别包括卫星健康和时间信息、星历信息、电离层参数信息、历书信息和时间同步信息中的至少一种。

优选地，根据电文类别确定预设次数包括：

当电文类别为卫星健康和时间信息时，对应预设次数为0；

当电文类别为电离层参数信息或历书信息或时间同步信息时，对应预设次数为3；

当电文类别为星历信息时，对应预设次数为2。

优选地，当当前数据帧的有效数据的CRC校验和和上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和不一致时迭代改变次数，当改变次数达到预设次数时，按照预设的北斗电文协议对当前北斗导航电文数据帧进行解析，还包括：

当当前数据帧的有效数据的CRC校验和和上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和不一致时迭代改变次数，当改变次数未达到预设次数时，获取下一北斗导航电文数据帧作为当前北斗导航电文数据帧，重复步骤S200至步骤S400。

优选地，步骤S400之后还包括：

步骤S500：获取误码率，当误码率大于预设最大阈值时，增加预设次数，当误码率小于预设最小阈值时，减小预设次数，当误码率介于预设最小阈值和预设最大阈值之间时，预设次数保持不变。

上述抗误码北斗导航电文接收解析方法，通过CRC校验和对新的当前北斗导航电文数据帧进行电文校验处理，得到当前数据帧的有效数据的CRC校验和，比较当前数据帧的有效数据的CRC校验和与上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和是否一致，当当前数据帧的有效数据的CRC校验和和上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和不一致时迭代改变次数，当改变次数达到预设次数时，按照预设的北斗电文协议对当前北斗导航电文数据帧进行解析。在进行解析之前，将重复播发数据判断出来，减少了大量的冗余电文帧的处理，只处理有效电文帧，有效提高了电文解析的效率。

附图说明

图1为D1导航电文主帧结构及信息内容示意图；

图2为本发明第一种实施例提供的抗误码北斗导航电文接收解析方法的流程图；

图3为BDS电文数据帧一般格式示意图；

图4为BDS电文数据帧通信传输一般格式示意图；

图5为BDS电文有效校验标志示意图；

图6为本发明另一种实施例提供的抗误码北斗导航电文接收解析方法的部分流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

在一个实施例中，如图2所示，一种抗误码北斗导航电文接收解析方法，包括以下步骤：

步骤S100：获取当前北斗导航电文数据帧。

具体地，北斗导航电文数据帧的通用格式可以如图3所示，其中，SOW为周内秒计数，并非每种电文都有，这里只是为了表示通用格式方便，BCH(Bose、Ray-Chaudhuri与Hocquenghem的缩写，一种编码方法)校验代表当前“字”之前所有数据的正确性，正确为“0”，错误为“1”。

步骤S200：根据当前北斗导航电文数据帧得到CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)校验和，按照预设的电文帧格式将CRC校验和加入当前北斗导航电文数据帧得到新的当前北斗导航电文数据帧。

具体地，根据当前北斗导航电文数据帧内的数据做异或处理得到CRC校验和，预设的电文帧格式如图4所示，将CRC校验和加入当前北斗导航电文数据帧。

步骤S300：根据CRC校验和对新的当前北斗导航电文数据帧进行电文校验处理，得到当前数据帧的有效数据的CRC校验和。进一步地，北斗导航电文数据帧包括数据、周内秒计数和BCH校验，步骤S300中当前数据帧的有效数据的CRC校验和具体为：当前数据帧的有效数据的CRC校验和＝CRC校验和-周内秒计数。

由于在BDS电文播发过程中数据的重复播发，实际上：重复播发的电文数据段上完全一致，不同之处只是在每帧电文的时间标记(SOW)和CRC校验位上不同。如果能从整帧电文的CRC校验和中减去每帧电文的时间标记的不同之处，即进行电文校验处理，即可完全体现出每帧电文的实际“有效数据”部分，如图5所示。

实际上的有效数据的CRC校验和(表示为dataCRC)，可使用帧CRC(表示为CRC)减去各种时间信息相关的数据的bit长度以及相应的字的校验(表示为SOW)，即

dataCRC＝CRC–SOW

步骤S400：比较当前数据帧的有效数据的CRC校验和与上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和是否一致，当当前数据帧的有效数据的CRC校验和和上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和不一致时迭代改变次数，当改变次数达到预设次数时，按照预设的北斗电文协议对当前北斗导航电文数据帧进行解析。进一步地，步骤S400还包括：当当前数据帧的有效数据的CRC校验和和上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和一致时，不解析当前北斗导航电文数据帧。

具体地，通过比较每颗卫星、每个频点、每个子帧、每个页面的电文帧的dataCRC值和上一次接收的是否相同，即可判断卫星播发的电文是否与上一次解析值不同。如果没有变化，则不需要进一步进行数据解析操作，如果电文有连续N次变化(N为设定值，对应预设次数，可根据不同电文类别进行设值)，则按照BDS电文协议将本帧数据解析后存储并更新当前电文数据。

在一个实施例中，当当前数据帧的有效数据的CRC校验和和上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和不一致时迭代改变次数，当改变次数达到预设次数时，按照预设的北斗电文协议对当前北斗导航电文数据帧进行解析，还包括：

当当前数据帧的有效数据的CRC校验和和上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和不一致时迭代改变次数，当改变次数未达到预设次数时，获取下一北斗导航电文数据帧作为当前北斗导航电文数据帧，重复步骤S200至步骤S400。

具体地，只有当连续改变次数达到预设次数时，才按照BDS电文协议将本帧数据解析，当改变次数未达到预设次数时，则获取下一北斗导航电文数据帧作为当前北斗导航电文数据帧，重复步骤S200至步骤S400，当出现当前数据帧的有效数据的CRC校验和和上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和一致时，不解析当前北斗导航电文数据帧，当当前数据帧的有效数据的CRC校验和和上一接收的电文数据帧的有效数据的CRC校验和不一致时继续迭代改变次数，当改变次数达到预设次数时，按照预设的北斗电文协议对当前北斗导航电文数据帧进行解析。

在一个实施例中，如图6所示，步骤S400还包括：根据当前北斗导航电文数据帧得到当前北斗导航电文数据帧的电文类别，根据电文类别确定预设次数，其中，电文类别包括卫星健康和时间信息、星历信息、电离层参数信息、历书信息和时间同步信息中的至少一种。进一步地，根据电文类别确定预设次数包括：当电文类别为卫星健康和时间信息时，对应预设次数为0；当电文类别为电离层参数信息或历书信息或时间同步信息时，对应预设次数为3；当电文类别为星历信息时，对应预设次数为2。需要说明的是，上述电文类别不仅包括卫星健康和时间信息、星历信息、电离层参数信息、历书信息和时间同步信息，还可包括其他类别信息，如完好性及差分信息、电离层格网信息等。

具体地，BDS导航电文按照播发的内容类别区分，主要可分为：卫星健康和时间信息、完好性及差分信息(其他类别信息)、卫星钟差信息(星历信息)、卫星广播星历信息、电离层参数信息、与其它卫星导航系统时间同步信息、卫星历书信息、电离层格网信息(其他类别信息)等。

根据电文类别确定预设次数，是需要根据电文的实时性要求来确定，比如，卫星健康和时间信息的实时性要求很强，需要实时更新，则预设次数设定为0；电离层模型信息为1周更新一次，实时性要求不强，历书信息为1周更新一次，有效龄期1个月且实时性要求不强，时间同步和其他类别与导航解算无关，实时性要求不强，因此设定预设次数为3；星历信息为1小时更新一次，有效龄期2个小时，实时性要求中等，因此设定预设次数为2。

在定位解算用到BDS播发的导航电文中，卫星健康和时间信息为实时更新，卫星钟差、卫星广播星历信息更新为1小时一次，电离层、历书信息为1周更新一次，其余信息未使用。另外，每颗卫星播发所有卫星的时间信息、历书信息，每颗卫星只播发本星的卫星钟差、卫星广播星历信息。

按照定位解算使用的类别的导航电文的播发频度和方式，采取以下处理方式：

表1利用有效校验设计电文优化接收参数设置

上述步骤中，描述了一种快速判断接收电文是否为冗余信息的方法，与传统电文接收方法相比，减少了约58％的电文计算量。

在一个实施例中，步骤S400之后还包括：

步骤S500：获取误码率，当误码率大于预设最大阈值时，增加预设次数，当误码率小于预设最小阈值时，减小预设次数，当误码率介于预设最小阈值和预设最大阈值之间时，预设次数保持不变。

具体地，可以根据北斗导航卫星系统稳定性(误码率)设定判决电文改变次数的门限，当误码率小于预设最大阈值范围时，表示误码率正常，当误码率大于预设最大阈值时，则表示误码率高，判断不准确，需要加大判断次数，增加预设次数，当电文持续改变多次后判断电文进行更新，反之，当误码率小于预设最小阈值时，说明误码率很低，可以减少判断次数，以尽快更新至最新电文数据。

在一个具体的实施例中，通过GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)导航信号模拟源模拟播发BDS-B1频点导航电文，使用自研导航接收机进行电文接收，统计本文方法与传统方法的计算量。在相同时间内分别使用传统方法和本文方法解析电文，统计测试时间内，两种方法按照电文信息类别分类，分别处理电文类别的数量，分析按照本文方法对于可优化类别电文是否完全优化处理，对于不可优化类别电文是否按照传统方法处理。经过相同时间，测试接收9颗可见星(MEO/IGSO卫星)电文，按照电文信息类别分类，统计电文处理帧数，实验结果如下：

表2电文优化接收方法测试结果

由表可知，本文方法减少约58％的电文计算量。其中，星历按照卫星数播发，实际有效帧数为卫星数的2倍，测试该类别优化成功。历书数据，为每颗卫星播发全部30颗星数据，接收时间内，完全收齐30颗星历书电文帧，测试该类别优化成功。时间同步信息、电离层参数及电离层格网点信息在测试时间内没有更新，只收一帧，测试该类别优化成功。其余特殊格式电文类别不作处理，经测试，无漏帧现象测试该类别优化成功。综上，本文方法大大减少了电文解析计算量，成功达到了优化设计目的，有效提高了解析效率。

以上对本发明所提供的抗误码北斗导航电文接收解析方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。