[发明专利]一种实现卫星导航气象探空仪导航数据通信的方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星导航领域，特别是一种实现卫星导航气象探空仪导航数据通信的方法。

背景技术

卫星导航定位系统是利用卫星发射无线电信号进行定位导航，具有全天候、高精度、快速实时的三维导航、定位、测速和授时功能。目前，它已广泛应用于导航制导、工程测量、地球动力学、气象学和大气物理学等领域。

卫星导航定位系统由三部分组成，即空间卫星星座部分、地面监控部分、用户设备部分（卫星导航接收机或模块）。当前的全球导航卫星系统（GNSS，Global Navigation Satellite System）包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗卫星导航系统以及欧盟正在建设中的GALILEO系统，GNSS综合了多个卫星导航系统的卫星信号，增加了整个系统可视卫星的数目，改善了卫星的分布和精度因子，在任何地方都有较大角度的多个卫星可供观测，因此，GNSS具有更强的可用性、可靠性以及更高的定位精度和更好的完好性。

利用卫星导航定位系统进行气象探空是一种新型的气象探测手段，替代传统的无线电经纬仪或雷达设备进行定位，获取风速、风向等数据，大大地提高了气象探空的准确性，同时降低了地面设备及整个系统的成本。

如图1所示，卫星导航气象探空系统包括球上设备和地面设备，球上设备包括探空气球和卫星导航气象探空仪，用于完成气象探空数据的采集、编码、调制和发射；地面设备包括地面接收机和监控终端，用于完成气象探空数据的接收、解调、译码和处理。其中，卫星导航气象探空仪是利用卫星导航定位系统进行准确的气象探测和高空测风的有效工具，如图2所示，是卫星导航气象探空仪的组成结构示意图，主要包括卫星导航模块、TPU测量单元、CPU单元、无线通信单元，其工作原理是：卫星导航模块通过卫星接收天线接收导航卫星信号，进行相应的信号处理和解算得到准确的位置、速度、时间等导航信息；TPU测量单元获取实时的温度、气压、湿度等信息；CPU单元将来自卫星导航模块和TPU测量单元的信息进行相应编码处理后，最终通过无线通信单元发射给地面设备。整个工作过程中，导航数据的通信既存在于卫星导航气象探空仪内部，又存在于卫星导航气象探空仪外部，内部通信是指卫星导航气象探空仪内部卫星导航模块与CPU单元之间导航数据的通信，外部通信是指卫星导航气象探空仪与地面设备之间导航数据的通信。

一般的卫星导航气象探空仪，其内部及外部的导航数据通信采用的是ASCII码形式的NMEA-0183协议，该协议是由美国国家海洋电子协会制定的一套标准通信协议，卫星导航接收机或模块根据NMEA-0183协议的标准规范，将位置、速度、时间等信息通过串口传送给其他电子设备。NMEA-0183协议定义的语句非常多，如GGA、GLL、VTG、GSA、GSV、RMC等，每条语句均由许多字段组成，每个字段又包含一个或多个由ASCII码表示的字符，而每个ASCII码又由1个字节表示，因此，若通过NMEA-0183协议传送位置、速度、时间等导航信息，需要同时传送GGA、GSV、RMC等多条语句，占用的字节数量比较大，达340个以上，传送时需要占用较多的CPU时间，有用信息的传输效率较低，同时也限定了传输距离；若要缩短占用CPU的时间，提高传输效率，需要更换处理能力较强的CPU，同时需要提高串口传输的波特率，这样势必带来成本、体积和功耗的增加，而且误码率也将提高；同时，为了达到要求的传输距离，需提高无线通信单元的发射功率，功耗则进一步增加，这对于对成本、体积和功耗比较敏感的气象探空仪是不利的。并且，由于NMEA-0183协议是一套通用的标准协议，并非为卫星导航气象探空仪专门制定，协议中缺乏卫星导航气象探空仪所需要的很多有用信息，如垂向速度、伪距、多普勒、载波相位等，因此，该协议应用在卫星导航气象探空仪时，具有一定的局限性。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷和不足，提出一种实现卫星导航气象探空仪导航数据通信的方法，将位置、速度、时间、伪距、多普勒、载波相位等导航数据信息按照二进制而非ASCII码的形式进行传送，既能有效传递卫星导航气象探空仪所需要的全部有用信息，又能提高数据传输效率，降低CPU的运算量，增大传输距离。

本发明的技术方案是：