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专利名称：一种卫星导航信息多速率播发及接收方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星导航信息多速率播发及接收方法，属于卫星导航系统领域。
背景技术：
卫星导航系统中的导航信息是调制在导航卫星信号上的二进制码流，其内容包含 了星历信息、历书信息、各种修正参数等用户机定位解算必须的信息。导航信息设计包括信 息内容设计和播发方式设计两个部分。播发方式是指信息编排格式、编码方式、播发速率、 帧结构、频间播发次序、星间播发次序等，对用户机的接收灵敏度、定位精度、首次定位时 间、完好性告警时间等性能指标有很大的影响。随着卫星导航系统日益复杂，卫星导航应用范围日益广泛，这对信息播发方式提 出了新的要求。信息播发方式研究近年来有了很大的进展，HanspeterKuhlen在《Design Criteria For RNSS Signal Emissions》中分析了 Galileo系统导航信息播发的设计原则， Betz等在《L1C Signal Design Options》中给出了 GPSLlC信号的设计方案，其中讨论了播 发速率对导航性能的影响。陈南等在《卫星导航系统导航导航电文结构的性能评估》中给出 了信息结构的评价标准，提出一个数据单元内的总数据量、用户接收机首次定位时间、接收 一组历书数据所需的时间、电文结构的可扩充性、灵活性、通信资源利用率等五个标准。陈 金平等在文献《卫星导航电文设计分析》中分析比较了目前的几种信息设计方案，对信息设 计的发展趋势作出了总结。在GPS现代化方案设计和Galileo系统设计中确定的CNAV(civilnavigation)、 CNAV-2、F/NAV、I/NAV等信息格式集中反映了当前的研究成果。它们与GPS的 NAV(navigation)信息格式相比在播发速率、编码校验方式、编排结构、播发顺序等几方面 进行了改进，提高了接收灵敏度、信息播发的可扩充性、灵活性、通信资源利用效率等指标。但是在这几种播发方式由于采用单一信息速率(信道编码后扩频调制前的速率) 播发信息，因此灵活性受到极大限制，还存在如低速率信息下的首次定位时间变长，授权信 息速率高影响接收门限等问题。

发明内容
本发明提出了一种卫星导航信息多速率播发及接收方法，使用多速率方式对子帧 信息进行播发，提高了信息播发的灵活性并且缩短首次定位时间。本发明的技术方案如下一种卫星导航信息多速率播发及接收方法包括预先根据各类信息的适用特性确 定其信息速率，各子帧承载固定适用特性的信息类型，将子帧号与信息速率的对应关系设 置到接收端。播发过程包括步骤Al、发送端对播发信息进行处理生成子帧信息。步骤A2、根据子帧信息的适用特性确定其信息速率。
步骤A3、根据步骤A2中确定的信息速率和事先设定的符号速率进行判断，当判定 当前发送子帧信息的信息速率与符号速率的比例关系为1 η时，则对当前发送子帧信息 进行1 η的扩位，并以符号速率进行调制播发出去，η为大于1的整数。接收过程包括步骤Bi、接收端采用所述符号速率接收子帧信息，提取当前接收子帧信息的子帧 号，根据所提取的子帧号检索子帧号与信息速率的对应关系，获取当前接收子帧信息的信 息速率。步骤Β2、根据步骤Bl中获得的信息速率和所述符号速率进行判断，当判定当前接 收子帧信息的信息速率与符号速率的比例为1 η时，对当前接收子帧信息进行η 1的 缩位。步骤Β3、将步骤Β2中处理得到的子帧信息传输出去。本发明中对当前发送子帧信息进行1 η的扩位为直接对接收的子帧信息中的 每一位进行1 η的复制，其中每个复制位与其被复制位相连排列。本发明中对当前发送子帧信息进行1 η的扩位为对接收子帧信息进行1 η卷 积编码；本发明中对当前发送子帧信息进行η 1的缩位为对接收子帧信息进行与1 η 卷积编码相对应的解码。一种卫星导航信息多速率播发及接收方法，播发过程包括步骤Al、发送端对播发信息进行处理生成子帧信息。步骤Α2、根据子帧信息的适用特性确定其信息速率，将表示信息速率的速率标志 添加到子帧信息的速率标志位中。步骤A3、根据步骤Α2中确定的信息速率和事先设定的符号速率进行判断，当判定 当前发送子帧信息的信息速率与符号速率的比例关系为1 η时，则对当前发送子帧信息 中的数据内容进行1 η的扩位，并以符号速率进行调制播发出去，η为大于1的整数。接收过程包括步骤Bi、接收端采用所述符号速率接收子帧信息，提取当前接收子帧信息中包含 的速率标志，根据获取的速率标志来确定当前接收的子帧信息的信息速率。步骤Β2、根据步骤Bl中获得的信息速率和所述符号速率进行判断，当判定当前接 收子帧信息的信息速率与符号速率的比例为1 η时，对当前接收子帧信息中的数据内容 进行η 1的缩位。步骤Β3、将步骤Β2中处理得到的子帧信息传输出去。本发明中对当前发送子帧信息中的数据内容进行1 η的扩位为直接对接收的 子帧信息中的数据内容每一位进行1 η的复制，其中每个复制位与其被复制位相连排列。本发明中所述的对当前发送子帧信息中的数据内容进行1 η的扩位为对接收 子帧信息中的数据内容进行1 η卷积编码；本发明中进行η 1的缩位为对接收子帧信 息中的数据内容进行与1η卷积编码相对应的解码。有益效果本发明采用多速率方式对播发信息进行播发，由于信息速率与符号速率的不一 致，因此在发送端采用扩位的方式对播发信息进行处理，使得播发信息适应符号速率，在接
5收端采用缩位方式对播发信息进行恢复，从而还原原始播发信息。由于使用多速率方式对 子帧信息进行播发，提高了信息播发的灵活性，缩短了低速率下的首次定位时间。其次，本发明采用复制或卷积编码的方式对子帧信息进行扩位实现多速率的播 发，实现过程简单。


图1是本发明的播发方法的流程图。图2时本发明的接收方法的流程图。
具体实施例方式不可变多速率复制播发方式信息播发时子帧信息速率与子帧号具有对应关系。本实施例中，预先根据各类信息的适用特性确定其信息速率，各子帧承载固定适 用特性的信息类型，将子帧号与信息速率的对应关系设置到接收端。其中，子帧信息的适用特性可以是信息的服务范围如授权服务、开放服务等；可以 是信息的使用环境如服务于室内弱信号环境、服务于航空良好信号环境等；可以是信息的 内容如星历信息、历书信息等。子帧信息的子帧号与信息速率对应关系例如为第一子帧承载类型1的信息，其 以50Hz的信息速率进行播发，第二子帧承载类型2的信息，其以IOOHz的信息速率进行播 发。各子帧承载的信息类型固定后不再改变。发送信息的具体步骤包括步骤Al、发送端对播发信息进行处理，即将其填入到帧结构中构成子帧信息，对子 帧信息进行编码。步骤A2、根据子帧信息的适用特性确定其信息速率。步骤A3、根据步骤A2中确定的信息速率和事先设定的符号速率进行判断当判定当前发送子帧信息的信息速率与符号速率的比例关系为1 η时，则对当 前发送子帧信息进行1 η的扩位，η为大于1的整数。例如符号速率为200Hz，第一子帧的信息速率为50Hz ；当播发第一子帧时，由于 符号速率与第一子帧的信息速率之比为4 1，则将该子帧信息进行1 4的复制，如将 0101 复制成 0000111100001111。例如符号速率为200Hz，第二子帧的信息速率为IOOHz ；当播发第一子帧时，由于 符号速率与第一子帧的信息速率之比为2 1，则将该子帧信息进行1 2复制，如将0101 复制成00110011。将处理之后的子帧信息按照符号速率进行调制播发出去。不可变多速率复制接收方式步骤Bi、接收端采用事先设置的符号速率接收子帧信息，提取当前接收子帧信息 的子帧号，根据所提取的子帧号检索子帧号与信息速率的对应关系，获取当前接收子帧信 息的信息速率。例如此实施例中第一子帧以50Hz的信息速率播发，第二子帧以IOOHz的信息速
6率播发。当从接收到的第一子帧信息中提取到其子帧号时，检索其与信息速率的对应关系， 确定此时接收的子帧信息的信息速率为50Hz。当接收到第二子帧信息中提取到其子帧号 时，则检索其与信息速率的对应关系，确定此时接收的子帧信息的信息速率为100Hz。步骤B2、根据步骤Bl中获得的信息速率和符号速率进行判断当判定当前接收的子帧信息的信息速率与符号速率的比例为1 n，对该子帧信 息进行η 1的缩位。例如符号速率为200Hz，当根据子帧号确定该子帧号对应的子帧信息的信息速 率为50Hz时，由于该子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 4，则把子帧信息中的每四 个相邻位相加，相加结果顺序排列。其中相加为首先将输出的子帧信息进行多比特量化后 按照符号速率记录，如符号速率为200Hz量化位数为5bit，则按照200Hz的速率记录5bit 输出的子帧信息，当信息速率与符号速率为1 4时将输出子帧信息相加，进行量化后变为 一个符号。例如符号速率为200Hz，当根据子帧号确定该子帧号对应的子帧信息的信息速 率为IOOHz时，由于该子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 2，则把子帧信息中的每 两个相邻位相加，相加结果顺序排列。步骤B3、将步骤B2中处理后的子帧信息传输出去。不可变多速率编码播发方式信息播发时子帧信息速率与子帧号具有对应关系。预先根据各类信息的适用特性确定其信息速率，各子帧承载固定适用特性的信息 类型，将子帧号与信息速率的对应关系设置到接收端。步骤Al、发送端对播发信息进行处理，即将其填入到帧结构中构成子帧信息。步骤A2、根据子帧信息的适用特性确定其信息速率。步骤A3、根据步骤A2中确定的信息速率和事先设定的符号速率进行判断当判定当前发送子帧信息的信息速率与符号速率的比例关系为1 η时，则对当 前发送子帧信息进行1 η的扩位，η为大于1的整数。例如，符号速率为200Hz，第一子帧的信息、速率为50Hz ；当播发第一子帧时，由于 第一子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 4，则采用1 4的卷积编码方式对该子帧 信息进行编码。例如符号速率为200Hz，第二子帧的信息速率为IOOHz ；当播发第二子帧时，由于 第二子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 2，则采用1 2的卷积编码方式对该子帧 信息进行编码。将处理之后的子帧信息按照符号速率进行调制播发出去。不可变多速率编码接收方式步骤Bi、接收端采用事先设置的符号速率接收子帧信息，提取当前接收子帧信息 的子帧号，根据所提取子帧号检索子帧号与信息速率的对应关系，获取当前接收子帧信息 的信息速率。例如此实施例中第一子帧以50Hz的信息速率播发，第二子帧以IOOHz的信息速 率播发。当从接收到的第一子帧信息中提取到的子帧号时，检索其与信息速率的对应关系， 确定此时接收的子帧信息的信息速率为50Hz。当接收到第二子帧信息中提取到其子帧号
7时，则检索其与信息速率的对应关系，确定此时接收的子帧信息的信息速率为100Hz。步骤B2、根据步骤Bl中获得的信息速率和符号速率进行判断当判定当前接收的子帧信息的信息速率与符号速率的比例为1 n，对该子帧信 息进行η 1的缩位。例如符号速率为200Hz，当根据子帧号确定该子帧号对应的子帧信息的信息速 率为50Hz时，由于该子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 4，则对当前接收的子帧信 息采用与14的卷积编码相对应的解码方式进行解码。例如符号速率为200Hz，当根据子帧号确定该子帧号对应的子帧信息的信息速 率为IOOHz时，由于该子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 2，则对当前接收的子帧 信息采用与1 2的卷积编码相对应的解码方式进行解码。步骤B3、将步骤B2中处理后的子帧信息传输出去。可变多速率复制播发方式信息播发时子帧的信息速率与子帧号是没有对应关系的，每一子帧可以设置不同 类型的信息，同时根据信息的使用特性来确定此子帧播发的信息速率。步骤Al、接收端播发信息进行处理，即将其填入到帧结构中构成子帧信息，对子帧 信息进行编码。步骤A2、根据子帧信息的适用特性确定其信息速率，将表示信息速率的速率标志 添加到子帧信息的速率标志位中。确定子帧信息的信息速率可以为确定子帧信息中的速 率标志与信息速率对应关系，如第一子帧的速率标志为01，则表示以50Hz的信息速率对其 进行播发，第二子帧的速率标志为10，则表示以IOOHz的信息速率对其进行播发。步骤A3、根据步骤A2中确定的信息速率和事先设定的符号速率进行判断当判定当前发送子帧信息的信息速率与符号速率的比1 n，对当前发送子帧信 息中的数据内容进行1 η的扩位，η为大于1的整数。例如符号速率为200Hz，第一子帧的信息速率为50Hz ；当播发第一子帧时，由于 第一子帧信息的信息速率与符号速率的之比为1 4，则将该子帧信息中的数据内容进行 1 4 的复制，如将 0101 复制成 0000111100001111。例如符号速率为200Hz，第二子帧的信息速率为IOOHz ；当播发第二子帧时，由于 第二子帧信息的最高速率与符号速率的之比为1 2，则将该子帧信息中的数据内容进行 1 2的复制，如将0101复制成00110011。将处理之后的子帧信息按照符号速率进行调制播发出去。可变多速率复制接收方式步骤Bi、接收端采用事先设置的符号速率接收子帧信息，对接收的子帧信息进行 跟踪和帧同步，提取子帧信息速率标志位中的速率标志来确定子帧信息的信息速率。例如若提取的速率标志为01，则表示该子帧信息采用50Hz的信息速率进行播 发，若提取的速率标志为10，则表示该子帧信息采用IOOHz的信息速率进行播发。步骤B2、根据步骤Bl中获得子帧信息的信息速率和符号速率进行判断当判定当前接收的子帧信息的信息速率与符号速率的比为1 n，对该子帧信息 中的数据内容进行η1的缩位。例如符号速率为200Hz，当根据子帧号确定该子帧号对应的子帧信息的信息速
8率为50Hz时，由于该子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 4，则把子帧信息中的数据 内容的每四个相邻位相加，相加结果顺序排列。其中相加为首先将输出的子帧信息进行多 比特量化后按照符号速率记录，如符号速率为200Hz量化位数为5bit，则按照200Hz的速率 记录5bit输出的子帧信息，当信息速率与符号速率为1 4时将输出子帧信息相加，进行 量化后变为一个符号。例如符号速率为200Hz，当根据子帧号确定该子帧号对应的子帧信息的信息速 率为IOOHz时，由于该子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 2，则把子帧信息中的数 据内容的每两个相邻位相加，相加结果顺序排列。步骤B3、将步骤B2中处理后的子帧信息传输出去。
可变多速率编码播发方式信息播发时子帧的信息速率与子帧号是没有对应关系的，提取当前接收子帧信息 的子帧号，根据所提取的子帧号检索子帧号与信息速率的对应关系，获取当前接收子帧信 息的信息速率。步骤Al、对待发送的信息进行处理，即将其填入到帧结构中构成子帧信息。步骤A2、根据子帧信息的适用特性确定其信息速率，将表示信息速率的速率标志 添加到子帧信息的速率标志位中。确定子帧信息的信息速率可以为确定子帧信息中的速 率标志与信息速率对应关系，如第一子帧的速率标志为01，则表示以50Hz的信息速率对其 进行播发，第二子帧的速率标志为10，则表示以IOOHz的信息速率对其进行播发。步骤A3、根据步骤A2中确定的信息速率和事先设定的符号速率进行判断当判定当前发送子帧信息的信息速率与符号速率的比1 n，对该子帧信息中的 数据内容进行1 η的扩位，η为大于1的整数。例如符号速率为200Hz，第一子帧的信息速率为50Hz ；当播发第一子帧时，由于 第一子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 4，则采用1 4的卷积编码方式对该子帧 信息中的数据内容进行编码。例如符号速率为200Hz，第二子帧的信息速率为IOOHz ；当播发第二子帧时，由于 第二子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 2，则采用1 2的卷积编码方式对子帧信 息中的数据内容进行编码。将处理之后的子帧信息按照符号速率进行调制播发出去。可变多速率编码接收方式步骤Bi、接收端采用事先设置的符号速率接收子帧信息，对接收的子帧信息进行 跟踪和帧同步，提取子帧信息速率标志位中的速率标志来确定子帧信息的信息速率。例如若提取的速率标志为01，则表示该子帧信息采用50Hz的信息速率进行播 发，若提取的速率标志为10，则表示该子帧信息采用IOOHz的信息速率进行播发。步骤B2、根据步骤Bl中获得子帧信息的信息速率和符号速率进行判断当判定当前接收的子帧信息的信息速率与符号速率的比1 n，对该子帧信息中 的数据内容进行η1的缩位。例如符号速率为200Hz，当根据子帧号确定该子帧号对应的子帧信息的信息速 率为50Hz时，由于该子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 4，则对当前接收的子帧信 息中的数据内容采用与14的卷积编码相对应的解码方式进行解码。
例如符号速率为200Hz，当根据子帧号确定该子帧号对应的子帧信息的信息速 率为IOOHz时，由于该子帧信息的信息速率与符号速率之比为1 2，则对接收的子帧信息 中的数据内容采用与12的卷积编码相对应的解码方式进行解码。步骤B3、将步骤B2中处理后的子帧信息传输出去。
权利要求
1.一种卫星导航信息多速率播发及接收方法，其特征在于，预先根据各类信息的适用特性确定其信息速率，各子帧承载固定适用特性的信息类 型，将子帧号与信息速率的对应关系设置到接收端； 播发过程包括步骤Al、发送端对播发信息进行处理生成子帧信息； 步骤A2、根据子帧信息的适用特性确定其信息速率；步骤A3、根据步骤A2中确定的信息速率和事先设定的符号速率进行判断，当判定当前 发送子帧信息的信息速率与符号速率的比例关系为1 η时，则对当前发送子帧信息进行 1 η的扩位，并以符号速率进行调制播发出去，η为大于1的整数； 接收过程包括步骤Bi、接收端采用所述符号速率接收子帧信息，提取当前接收子帧信息的子帧号， 根据所提取的子帧号检索子帧号与信息速率的对应关系，获取当前接收子帧信息的信息速 率；步骤Β2、根据步骤Bl中获得的信息速率和所述符号速率进行判断，当判定当前接收子 帧信息的信息速率与符号速率的比例为1 η时，对当前接收子帧信息进行η 1的缩位； 步骤Β3、将步骤Β2中处理得到的子帧信息传输出去。
2.根据权利要求1所述的卫星导航信息多速率播发及接收方法，其特征在于，所述适 用特性为信息的服务范围和/或信息的使用环境和/或信息的内容。
3.根据权利要求1所述的卫星导航信息多速率播发及接收方法，其特征在于，所述对 当前发送子帧信息进行1 η的扩位为直接对接收的子帧信息中的每一位进行1 η的 复制，其中每个复制位与其被复制位相连排列。
4.根据权利要求1所述的卫星导航信息多速率播发及接收方法，其特征在于，所述对 当前发送子帧信息进行1 η的扩位为对接收子帧信息进行1 η卷积编码；所述对当前 接收子帧信息进行η 1的缩位为对接收子帧信息进行与1 η卷积编码相对应的解码。
5.一种卫星导航信息多速率播发及接收方法，其特征在于， 播发过程包括步骤Al、发送端对播发信息进行处理生成子帧信息；步骤Α2、根据子帧信息的适用特性确定其信息速率，将表示信息速率的速率标志添加 到子帧信息的速率标志位中；步骤A3、根据步骤Α2中确定的信息速率和事先设定的符号速率进行判断，当判定当前 发送子帧信息的信息速率与符号速率的比例关系为1 η时，则对当前发送子帧信息中的 数据内容进行1 η的扩位，并以符号速率进行调制播发出去，η为大于1的整数； 接收过程包括步骤Bi、接收端采用所述符号速率接收子帧信息，提取当前接收子帧信息中包含的速 率标志，根据获取的速率标志来确定当前接收的子帧信息的信息速率；步骤Β2、根据步骤Bl中获得的信息速率和所述符号速率进行判断，当判定当前接收子 帧信息的信息速率与符号速率的比例为1 η时，对当前接收子帧信息中的数据内容进行 η1的缩位；步骤Β3、将步骤Β2中处理得到的子帧信息传输出去。
6.根据权利要求5所述的卫星导航信息多速率播发及接收方法，其特征在于，所述适 用特性为信息的服务范围和/或信息的使用环境和/或信息的内容。
7.根据权利要求5所述的卫星导航信息多速率播发及接收方法，其特征在于，所述对 当前发送子帧信息中的数据内容进行1 η的扩位为直接对接收的子帧信息中的数据内 容的每一位进行1 η的复制，其中每个复制位与其被复制位相连排列。
8.根据权利要求5所述的卫星导航信息多速率播发及接收方法，其特征在于，所述对 当前发送子帧信息中的数据内容进行1 η的扩位为对接收子帧信息中的数据内容进行 1 η卷积编码；所述对当前接收子帧信息中的数据内容进行η 1的缩位为对接收子帧 信息中的数据内容分进行与1η卷积编码相对应的解码。
全文摘要
本发明公开一种卫星导航信息多速率播发及接收方法，属于卫星导航系统领域。本发明采用多速率方式对播发信息进行播发，由于信息速率与符号速率的不一致，因此在发送端采用复制或卷积的扩位的方式对播发信息进行处理，使得播发信息以符号速率进行播发。在接收端采用缩位方式对播发信息进行恢复，从而还原原始播发信息。由于使用多速率方式对子帧信息进行播发，提高了信息播发的灵活性，缩短了低速率下的首次定位时间。
文档编号G01S19/13GK102004257SQ201010283539
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者刘峰, 张炳琪, 陈禾 申请人:北京理工大学