CN112965416B - 北斗短报文传输及水下航行数据压缩方法和航行控制mcu - Google Patents

北斗短报文传输及水下航行数据压缩方法和航行控制mcu Download PDF

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Abstract

本发明属于北斗定位与通讯技术应用与水下航行体的导航定位及短报文通信技术领域，尤其涉及一种北斗短报文传输及水下航行数据压缩方法。包括以下步骤：通过航行控制MCU将航行数据压缩至一条短报文内；再由具备双卡通讯的北斗模块在判断RD定位后，往外交替发送定位信息与航行数据；然后岸基设备接收定位信息与航行数据并后进行解压缩；最后根据解压缩的数据和预设定航路信息进行航行体水下航行复盘。有益效果：通过此种方法对航行数据压缩，在现有航行体使用条件下，能够用一条北斗短报文的信息容量就满足对全航程航行状态信息的记录。采用双卡双待***提高了发送的成功率，和完整性，确保岸基设备能够收到通信信息。

Description

北斗短报文传输及水下航行数据压缩方法和航行控制MCU
技术领域
本发明属于北斗定位与通讯技术应用与水下航行体的导航定位及短报文通信技术领域，尤其涉及一种北斗短报文传输及水下航行数据压缩方法和航行控制MCU。
背景技术
随着北斗通信卫星组网完成，北斗通信将广泛应用于军民产品当中，目前民用北斗卡短报文通信频度为60秒，通信数据长度约为78个字节，水下航行体在长时间航行后，内测记录的航行数据量庞大，如果全部通过北斗短报文进行通信发送，则需要发送若干条短报文，导致数据传输时间过长，倘若中间丢失某帧数据，则会导致航行信息解析不完整，无法复盘，再加上北斗天线受到水下航行体物理结构的限制，往往存在天线截面积不够大，离水面高度不够高，受风浪海况以及水面反射影响严重等问题，使得水下航行体在水面通信时面临无法锁星，通信间断等实际问题。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中水面北斗短报文通信数据量小和稳定性差的问题，设计了一种北斗短报文传输及水下航行数据压缩方法和航行控制MCU。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
本发明提供了一种北斗短报文传输及水下航行数据压缩方法，包括以下步骤：
通过航行控制MCU将航行数据压缩至一条短报文内；
再由具备双卡通讯的北斗模块在判断RD定位后，往外交替发送定位信息与航行数据；
所述数据压缩的方法为：
S1.航行开始时，记录下航行初始点经纬度信息；
S2.在航行过程中，每次切换航路点时，记录下切换航路的时间，将航行状态数据压缩；
S3.在非航路切换点航行时，按照设定的周期，对航行状态误差数据进行判断，记录超过设定的门限阈值时的航行状态误差数据，并进行数据压缩；
S4.反复S2、S3的过程直至航行任务结束，将数据按照记录先后顺序排列。
进一步地，在步骤S1中，航行开始时，记录下的航行初始点经纬度信息，经度、维度各占一个字节。
进一步地，在步骤S2中，在航行过程中，每次切换航路点时，记录下切换航路的时间，占一个字节，首位为1，后7位为时间数据；再将此时的速度、深度误差和航行误差按照低分辨率进行记录并且压缩至一个字节，此字节首位为标志位并置1，代表此字节为航路状态点，2至3位表示速度值，4至5位表示深度误差值，6至8位表示航向误差值。
进一步地，在步骤S3中，将此时的航行状态误差按照设定的低分辨率记录下来并压缩至一个字节，字节的首位作为标志位并置0，代表此字节为中间航行状态，2至4位表示深度误差值，5至8位表示航向误差值；
当连续多个周期记录数据发现航行状态误差数据都大于设定门限阈值时，则认为产品航行控制发生故障，停止记录，将多个周期数据保存；
当每个周期航行状态误差数据都在门限阈值内时，则不记录。
进一步地，还包括岸基设备接收定位信息与航行数据后，进行数据的解析；
所述数据的解析方法为：按照数据记录的顺序进行解析，前2字节代表航行初始经纬度，后续根据每个字节首位判断此字节为航路切换点或非航路切换点，后7位按照分辨率进行拆分解析；
若为航路切换点，则连续两个字节首位为1,第一字节后7位为切换航路时间，2至3位为速度，4至5位为深度误差，6至8位为航行误差值；
若为非航路切换点，2至4位为深度误差值，5至8位为航向误差值。
进一步地，还包括根据解析的数据和预设定航路信息进行航行体水下航行复盘；
所述复盘的方法为：将按照时间顺序解析后的航路点信息在地图上标记并且通过直线段连接形成实际航行路径，同时也对预设定的航路信息也在地图上进行标识，再将两者进行对比分析，得出每个航路段的误差和整个航行过程的误差，判断航行偏差是否在正常航行允许范围内以及航行任务是否有效。
进一步地，所述双卡通讯的北斗模块包括配置两张北斗卡的北斗模块，所述北斗模块与天线相连接，并与航行控制MCU通过RS232串口连接；采用一套天线和控制电路，形成双卡双待***，用于锁星定位和上报航行信息。
进一步地，所述双卡双待***，一张卡负责锁星定位，并将定位信息通过短报文上报，另一张卡负责将压缩后的航行信息上报；锁星定位后两张卡交替向岸基设备发送信息。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明所述的北斗短报文传输及水下航行数据压缩方法的步骤。
本发明还提供了一种航行控制MCU，所述MCU包含本发明所述的计算机可读存储介质。
工作原理：
将航行体大量的水下航行数据通过算法进行压缩，将复杂的数据压缩至单条短报文内，再根据时间顺序将数据记录保存，再由具备双卡通讯的北斗模块在判断RD定位后，往外交替发送定位信息与航行数据；然后岸基设备接收定位信息与航行数据后，进行解压缩；最后根据解压缩的数据和预设定航路信息进行对比，完成航行体水下航行复盘。
有益效果：
1、通过此种方法对航行数据压缩，在现有航行体使用条件下，能够用一条北斗短报文的信息容量就满足对全航程航行状态信息的记录。
2、采用双卡双待***提高了发送的成功率，和完整性，确保岸基设备能够收到通信信息。
附图说明
图1为北斗短报文传输及水下航行数据压缩方法结构图。
图2为北斗短报文传输及水下航行数据压缩流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明并不局限于以下技术方案。
实施例1
如图1所示，在现有带北斗天线的水下航行体中，使用能够配置两张北斗卡的北斗模块，与现有天线相连接，同时与主控MCU通过RS232串口连接，用一套天线和控制电路，形成类似于“双卡双待”的***，采用一套天线和控制电路，形成双卡双待***，用于锁星定位和上报航行信息。所述双卡双待***，一张卡负责锁星定位，并将定位信息通过短报文上报，另一张卡负责将压缩后的航行信息上报；锁星定位后两张卡交替向岸基设备发送信息。所述航行控制MCU中，植入了数据压缩算法程序，程序流程如图2所示。
执行航行任务时，压缩、报文发送及解析、复盘流程如下：
航行开始时，记录下航行初始点经纬度信息，
在航行过程中，每次切换航路点时，记录下切换航路的时间(占一个字节)，再将此时的速度、深度误差和航行误差按照分级范围进行记录并且压缩至一个字节，此字节首位为标志位并置1，代表此字节为航路状态点，后7位为时间数据；再将此时的速度、深度误差和航行误差按照低分辨率进行记录并且压缩至一个字节，此字节首位为标志位并置1，代表此字节为航路状态点，2至3位表示速度值，4至5位表示深度误差值，6至8位表示航向误差值。
在非航路切换点航行时，每隔一定时间周期(控制程序根据实际任务自动调整设定，可满足不同航行时间对数据记录的要求)，对深度误差和航向误差进行判断，若超过所设定的门限阈值，则将此时的航行状态误差记录下来，按照设定分级范围(在控制程序中可以预先手动设置调整分级数值)压缩至一个字节，此字节的首位作为标志位并置0，代表此字节为中间航行状态，2至4位表示深度误差值，5至8位表示航向误差值。若连续多个周期记录数据发现误差都大于设定门限阈值，则认为产品航行控制发生故障，停止记录，将数据保存，准备上传，若每个周期航行状态数据误差都在门限阈值内，则不记录。
所述多个周期一般采用3个周期进行判断。
反复上述过程直至结束，将航行任务中的数据按照记录先后顺序排列。通过此种方法对航行数据压缩，在现有航行体使用条件下，能够用一条北斗短报文的信息容量就满足对全航程航行状态信息的记录。
向岸基设备传送信息时，航行体停机上浮，通过控制MCU通过判断北斗模块是否搜索到RD通信卫星信号，一旦满足通信及定位条件，卡1负责锁星定位，并将定位信息通过短报文上报，卡2负责将压缩后的航行信息上报，然后卡1和卡2继续向岸基设备交替发送，这样不仅提高了发送的成功率，确保岸基设备能够收到通信信息，也避免了因为丢失某条短报文，导致信息不全，无法解析。
在装有解析算法软件的岸基设备收到北斗短报文信息后，按照数据记录的顺序进行解析，前2字节代表航行初始经纬度，后续根据每个字节首位判断此字节为航路切换点或非航路切换点，后7位按照分辨率进行拆分解析；若为航路切换点，则连续两个字节首位为1,第一字节后7位为切换航路时间，2至3位为速度，4至5位为深度误差，6至8位为航行误差值；若为非航路切换点，2至4位为深度误差值，5至8位为航向误差值。
数据解析后，结合航行体预设的航路信息与解析后的数据进行对比，对整个航行过程进行复盘。
将按照时间顺序解析后的航路点信息在地图上标记并且通过直线段连接形成实际航行路径，同时也对预设定的航路信息也在地图上进行标识，再将两者进行对比分析，得出每个航路段的误差和整个航行过程的误差，判断航行偏差是否在正常航行允许范围内以及航行任务是否有效。
在某次演示验证样机的实航试验中得到验证，其中某次航行预设定2个航路段，初始经度约为102°51′26″，纬度为24°35′8″，航路段1：航行时间60s，速度7kn，深度20米，航向0°；航路段2：航行时间60s，速度8kn，深度20米，航向0°。航行结束通过本方法，岸上北斗接收设备能够稳定的接收到实航数据以及定位信息，航行过程中判断周期为20s，北斗短报文包含了3段航行状态误差数据，解析可以得到，在0s时为航路切换，速度7kn，深度误差大于2米，航向误差大于5°；20s时，深度误差为1.8米，航向误差为0.3°；下个记录点为60s时航路切换，说明20s后深度和航向误差都小于设定阈值0.6米和0.6°，60s时，速度为8kn，深度误差小于0.6米，航向误差0.3°，此后没有新的航行数据，说明切换弹道后在20s内航行深度和航行误差都小于设定阈值，正常航行。通过北斗定位信息收到的浮起点为经度102°51′28″，纬度24°35′15″。
通过此方法，提高了水面北斗定位和通信的可靠性以及短报文传输的有效信息量，且相关参数可配置具有一定的灵活性。

Claims (9)

1.一种北斗短报文传输及水下航行数据压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过航行控制MCU将航行数据压缩至一条短报文内；
再由具备双卡通讯的北斗模块在判断RD定位后，往外交替发送定位信息与航行数据；
然后岸基设备接收定位信息与航行数据后，进行解析；
最后根据解析的数据和预设定航路信息进行航行体水下航行复盘；
所述数据压缩的方法为 ：
S1.航行开始时，记录下航行初始点经纬度信息；
S2.在航行过程中，每次切换航路点时，记录下切换航路的时间，将航行状态数据压缩；
S3.在非航路切换点航行时，按照设定的周期，对航行状态误差数据进行判断，记录超过设定的门限阈值时的航行状态误差数据，并进行数据压缩；
S4.反复S2、S3的过程直至航行任务结束，将数据按照记录先后顺序排列。
2.根据权利要求1所述的数据压缩方法，其特征在于，
在步骤S1中，航行开始时，记录下的航行初始点经纬度信息，经度、纬度各占一个字节。
3.根据权利要求1所述数据压缩方法，其特征在于，在步骤S2中，在航行过程中，每次切换航路点时，记录下切换航路的时间，占一个字节，首位为1，后7位为时间数据；再将此时的速度、深度误差和航行误差按照低分辨率进行记录并且压缩至一个字节，此字节首位为标志位并置1，代表此字节为航路状态点，2至3位表示速度值，4至5位表示深度误差值，6至8位表示航向误差值。
4.根据权利要求1所述数据压缩方法，其特征在于，在步骤S3中，将此时的航行状态误差按照设定的低分辨率记录下来并压缩至一个字节，字节的首位作为标志位并置0，代表此字节为中间航行状态，2至4位表示深度误差值，6至8位表示航向误差值；
当连续多个周期记录数据发现航行状态误差数据都大于设定门限阈值时，则认为产品航行控制发生故障，停止记录，将多个周期数据保存；
当每个周期航行状态误差数据都在门限阈值内时，则不记录。
5.根据权利要求2或4所述的数据压缩方法，其特征在于，在岸基收到航行体上传北斗短报文数据后，数据的解析方法为：按照数据记录的顺序进行解析，前2字节代表航行初始经纬度，后续根据每个字节首位判断此字节为航路切换点或非航路切换点，后7位按照分辨率进行拆分解析；
若为航路切换点，则连续两个字节首位为1,第一字节后7位为切换航路时间，第二字节的2至3位为速度，4至5位为深度误差，6至8位为航行误差值；
若为非航路切换点，2至4位为深度误差值，5至8位为航向误差值。
6.根据权利要求5所述的数据压缩方法，其特征在于，复盘的方法为：将按照时间顺序解析后的航路点信息在地图上标记并且通过直线段连接形成实际航行路径，同时也对预设定的航路信息在地图上进行标识，再将两者进行对比分析，得出每个航路段的误差和整个航行过程的误差，判断航行偏差是否在正常航行允许范围内以及航行任务是否有效。
7.根据权利要求1所述的数据压缩方法，其特征在于，所述双卡通讯的北斗模块包括配置两张北斗卡的北斗模块，所述北斗模块与天线相连接，并与航行控制MCU通过RS232串口连接；采用一套天线和控制电路，形成双卡双待***，用于锁星定位和上报航行信息。
8.根据权利要求7所述的数据压缩方法，其特征在于，所述双卡双待***，一张卡负责锁星定位，并将定位信息通过短报文上报，另一张卡负责将压缩后的航行信息上报；锁星定位后两张卡交替向岸基设备发送信息。
9.一种航行控制MCU，其特征在于，包含权利要求1-4任意一项所述的北斗短报文传输及水下航行数据压缩方法。
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