衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航電文結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及性能評(píng)價(jià)

【摘 要】衛(wèi)星導(dǎo)航電文是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的核心，為衛(wèi)星導(dǎo)航提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，它是由衛(wèi)星向用戶發(fā)送的一組能夠反映衛(wèi)星工作狀態(tài)、空間位置、衛(wèi)星時(shí)鐘的修正參數(shù)等的重要數(shù)據(jù)。本文通過(guò)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航電文結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，提出了一系列的導(dǎo)航電文結(jié)構(gòu)的性能評(píng)估方法。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 導(dǎo)航電文

導(dǎo)航電文是根據(jù)各個(gè)監(jiān)測(cè)站的原始數(shù)據(jù)，由主控站進(jìn)行分析處理，生成之后傳送給衛(wèi)星，在衛(wèi)星上進(jìn)行導(dǎo)航電文的差錯(cuò)控制、格式編排以及載波調(diào)制等，然后按照一定的順序進(jìn)行發(fā)送，用戶在接受之后經(jīng)過(guò)解碼、譯碼等過(guò)程，解析出相關(guān)的導(dǎo)航電文，然后用于導(dǎo)航定位之中，本文通過(guò)對(duì)導(dǎo)航電文的內(nèi)容和特點(diǎn)，對(duì)導(dǎo)航電文的性能進(jìn)行了有效的評(píng)價(jià)。

一、導(dǎo)航電文的內(nèi)容

為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的導(dǎo)航定位，導(dǎo)航電文通常包括衛(wèi)星位置、衛(wèi)星時(shí)鐘改正、系統(tǒng)時(shí)間等一系列的數(shù)據(jù)，它們是導(dǎo)航電文中最基本、最重要的組成部分，而且還必須具有一定的實(shí)效性。通常為了提高衛(wèi)星系統(tǒng)的服務(wù)性能，導(dǎo)航電文中還包含衛(wèi)星的工作情況信息，對(duì)于衛(wèi)星工作情況的信息，實(shí)效性更強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)的要求。此外，在導(dǎo)航電文中還有部分衛(wèi)星日程表的數(shù)據(jù)，這為用戶獲取衛(wèi)星信號(hào)提供了極大的便利。

二、導(dǎo)航電文的特點(diǎn)

根據(jù)導(dǎo)航電文獲取內(nèi)容時(shí)效性，一般將導(dǎo)航數(shù)據(jù)分為非即時(shí)數(shù)據(jù)和即時(shí)數(shù)據(jù)，通常用戶接收方希望盡快獲取衛(wèi)星時(shí)鐘改正數(shù)據(jù)、衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)等，以便能夠及時(shí)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行定位，對(duì)于其他方面的數(shù)據(jù)要求則不那么緊迫，因而，從整體上來(lái)看，對(duì)于不同時(shí)效性的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航電文都能做到有效的控制和播報(bào)。

其次，導(dǎo)航電文在給用戶提供定位數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，還給用戶提供相應(yīng)的系統(tǒng)時(shí)間，一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)航電文是以一定長(zhǎng)度的幀為基本單位，向用戶進(jìn)行發(fā)送，同時(shí)，系統(tǒng)時(shí)間與幀的發(fā)送時(shí)間是相互對(duì)照的，用戶在接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的過(guò)程中可以獲得系統(tǒng)時(shí)間。在同一個(gè)幀中，導(dǎo)航電文的內(nèi)容與系統(tǒng)時(shí)間的關(guān)系多種多樣，當(dāng)關(guān)系不固定時(shí)，在每個(gè)幀中要給出本幀電文內(nèi)容相關(guān)的標(biāo)識(shí)信息。

最后，要想確保用戶接收機(jī)在獲取衛(wèi)星信號(hào)之后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行同步化處理，及時(shí)準(zhǔn)確地獲取數(shù)據(jù)，這就還需要導(dǎo)航電文提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)同步技術(shù)，利用相關(guān)的檢查糾錯(cuò)設(shè)備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中的偏差，進(jìn)行糾正和修改，確保導(dǎo)航信息的準(zhǔn)確、高速傳遞。

三、導(dǎo)航電文的性能評(píng)價(jià)

（一）數(shù)據(jù)單元的總數(shù)據(jù)量

一個(gè)數(shù)據(jù)單元是指以重復(fù)周期最長(zhǎng)的數(shù)據(jù)周期為標(biāo)準(zhǔn)，作為一個(gè)計(jì)量單位，在這期間所有發(fā)送的數(shù)據(jù)即是總數(shù)據(jù)量，但是由于每個(gè)數(shù)據(jù)的重復(fù)周期不一樣，在同一個(gè)數(shù)據(jù)單元之內(nèi)，還會(huì)存在數(shù)據(jù)多次重發(fā)的現(xiàn)象。因此，在數(shù)據(jù)重復(fù)周期相同時(shí)，總數(shù)據(jù)量就會(huì)降低，相應(yīng)地導(dǎo)航電文的數(shù)據(jù)發(fā)送率也降低了，這樣可以提高通信數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（二）用戶接收機(jī)的首次定位時(shí)間

對(duì)導(dǎo)航性能進(jìn)行考察時(shí)，其中一項(xiàng)很重要的指標(biāo)就是用戶接收機(jī)的首次定位時(shí)間。它是指用戶在獲取衛(wèi)星信號(hào)之后，從開(kāi)始接受導(dǎo)航電文到最后準(zhǔn)確定位的時(shí)間，其中還包括定位的計(jì)算時(shí)間、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行改正的時(shí)間等。用戶接收機(jī)的首次定位時(shí)間是由數(shù)據(jù)的發(fā)送速率、發(fā)送的數(shù)據(jù)量、重復(fù)周期等幾方面共同決定的，但是由于導(dǎo)航電文的結(jié)構(gòu)各一，在計(jì)算首次定位時(shí)間時(shí)方法也不一樣，要注意加強(qiáng)區(qū)分。

（三）電文結(jié)構(gòu)的靈活性

導(dǎo)航電文還具有靈活性的特點(diǎn)，主要是指在電文結(jié)構(gòu)中，一般會(huì)預(yù)留一些數(shù)據(jù)空間，用來(lái)容納一些突發(fā)的電文信息和內(nèi)容，同時(shí)，根據(jù)電文的相關(guān)內(nèi)容，還可以修改電文的更新日期和發(fā)送日期，這些特點(diǎn)都在一定程度上體現(xiàn)了電文結(jié)構(gòu)的靈活性。

（四）通信資源的利用率

通信資源的利用率是衡量通信資源是否合理利用的重要標(biāo)準(zhǔn)，通常用電文中空白的數(shù)據(jù)段所占的數(shù)據(jù)位數(shù)，比上電文的總數(shù)據(jù)量，這主要適用于結(jié)構(gòu)比較固定的導(dǎo)航電文，對(duì)于那些數(shù)據(jù)發(fā)送沒(méi)有規(guī)律的導(dǎo)航電文來(lái)說(shuō)，要根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

本文通過(guò)對(duì)GPS和GLONASS導(dǎo)航電文的性能進(jìn)行調(diào)查分析，從以上幾個(gè)方面對(duì)GPS和GLONASS導(dǎo)航電文的性能進(jìn)行對(duì)比，得出了GPS在總數(shù)據(jù)量上較GLONASS數(shù)據(jù)量大，首次定位時(shí)間速率也比較快，對(duì)于通信資源的利用率也比較高等諸多的優(yōu)勢(shì)，是一種比較好的導(dǎo)航電文結(jié)構(gòu)。GLONASSS導(dǎo)航電文結(jié)構(gòu)要不斷改進(jìn)自身的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，不斷提升自身的導(dǎo)航性能。如下圖表1所示。

表1 導(dǎo)航電文的性能評(píng)價(jià)

電文

GPS CNAVGPS NAVGLONASS

總數(shù)據(jù)量

首次定位時(shí)間

電文結(jié)構(gòu)的靈活性

通信資源的利用率30000

50/s

好

96.5%36500

40/s

中等

95.3%7600

26/s

差

83.4%

四、總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航電文的內(nèi)容、特點(diǎn)進(jìn)行介紹，從數(shù)據(jù)單元的總數(shù)據(jù)量、用戶接收機(jī)的首次定位時(shí)間、電文結(jié)構(gòu)的靈活性、通信資源的利用率等幾個(gè)方面對(duì)導(dǎo)航電文進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的不斷發(fā)展，導(dǎo)航電文所包括的內(nèi)容、電文的結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，因此，要注重對(duì)性能評(píng)估方法的不斷更新和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王瑩，趙偉，宋茂忠等.全球定位系統(tǒng)信號(hào)模擬中導(dǎo)航電文生成與測(cè)試[J].太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報(bào)，2013，（3）：393-398.

[2]關(guān)剛強(qiáng)，葛銳，呂志成等.GLONASS衛(wèi)星信號(hào)模擬器導(dǎo)航電文生成[J].微處理機(jī)，2011，32（3）：35-38.

[3]連帥，閆利軍，孫科等.北斗2代衛(wèi)星導(dǎo)航電文糾錯(cuò)校驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2010，18（10）：2344-2347.