BINEX標準數(shù)據(jù)格式及其解析

王 鐸，秘金鐘，徐彥田，谷守周

(1.山東科技大學，山東 青島 266000；2.中國測繪科學研究院，北京 100830)

BINEX標準數(shù)據(jù)格式及其解析

王 鐸1，2，秘金鐘2，徐彥田2，谷守周2

(1.山東科技大學，山東 青島 266000；2.中國測繪科學研究院，北京 100830)

針對目前兼容北斗的GNSS導航信息二進制存儲格式不統(tǒng)一的問題，提出使用BINEX數(shù)據(jù)格式進行存儲的方法：通過對BINEX標準數(shù)據(jù)格式的介紹，闡述BINEX格式進行解碼的流程與方法，最后通過實例驗證BINEX格式的可用性和準確性。結果表明：使用BINEX格式兼容北斗導航信息的數(shù)據(jù)存儲具有準確、高效的特點。

BINEX；GNSS；數(shù)據(jù)格式；數(shù)據(jù)解析

0 引言

隨著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BeiDou navigation satellite system，BDS)和歐盟伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Galileo navigation satellite system，Galileo)的迅速發(fā)展，以及美國全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)和俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)(global navigation satellite system，GLONASS)的現(xiàn)代化，可以觀測的衛(wèi)星數(shù)大大增多；因此有效存儲、管理和應用全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(global navigation satellite system，GNSS)大數(shù)據(jù)變得更加重要[1]。BINEX是Binary Exchange的簡稱，是一種國際通用的存儲GNSS數(shù)據(jù)的標準二進制數(shù)據(jù)格式[2]。BINEX由UNVACO公司和一些接收機生產(chǎn)商協(xié)作設計，能夠兼容GPS、GLONASS、廣域差分增強系統(tǒng)(satellite based augmentation system，SBAS)、Galileo、BDS、準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)(quasi-zenith satellite system，QZSS)等6個導航系統(tǒng)的觀測文件和導航星歷文件，同時還能兼容儲存接收機的內(nèi)部狀態(tài)文件、氣象數(shù)據(jù)文件等，并且占用空間小[3]。BINEX格式在2000年左右基本定型，并不斷完善至今。據(jù)了解，幾乎所有的接收機都可以輸出BINEX格式數(shù)據(jù)；但是目前國內(nèi)BINEX數(shù)據(jù)使用率不高，且對其基本格式不熟悉：所以本文主要介紹BIENX數(shù)據(jù)的基本格式、常用觀測文件的記錄格式和BINEX所設計的數(shù)據(jù)類型，分析BINEX文件的解析算法和流程。

1 BINEX數(shù)據(jù)格式協(xié)議

BINEX數(shù)據(jù)包含各種GNSS信息，這種格式不同于文件形式，需要使用二進制表達各種信息；所以BINEX設計了自己的各種數(shù)據(jù)格式，用來儲存GNSS信息。表1列出了BINEX中常用的數(shù)據(jù)格式。

表1 BINEX中的數(shù)據(jù)格式

注：表中 bit 為1個碼元或1比特，是英文單詞“binarydigit”的縮寫，表示1位二進制數(shù)，通常將8個碼元構成的碼序列稱為“1個字節(jié)”。

2 BINEX數(shù)據(jù)格式介紹

BINEX目前的格式設計能夠使所有信息包含在同樣的一般格式中，并通過特征碼進行不同數(shù)據(jù)的標識和區(qū)分，以使解析時能夠區(qū)分不同數(shù)據(jù)記錄的BINEX文件或BINEX數(shù)據(jù)流。

BINEX的格式設計理念包括：

1)可以存儲RINEX、SINEX、SP3、INOEX等文件中的信息；

2)每個文件都有一條或多條BINEX記錄；

3)不同記錄有各自的子結構；

4)每個記錄里的數(shù)據(jù)有相同的儲存順序；

5)每個記錄有自己的循環(huán)冗余檢驗(cyclic redundancy check，CRC)碼。

根據(jù)所使用的CRC檢驗方式的不同(常規(guī)型、增強型)，每種方式各有2種不同的一般結構，其中結構一包括頭字節(jié)(同步字節(jié))、文件類型、信息長度、[信息長度]、信息內(nèi)容和CRC碼6部分，結構二在結構一的基礎上增加了總字節(jié)數(shù)和終端字節(jié)2部分。2種結構中都包含2個信息長度部分，各自的第2個信息長度部分為增強型CRC檢驗時的可選部分，常規(guī)型不包含CRC檢驗。

表2 結構一

表3 結構二

2.1 頭字節(jié)(Syncronization/Endian Bytes)

頭字節(jié)，又稱同步字節(jié)，是BINEX數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)，用來指明某段數(shù)據(jù)的儲存順序(高位優(yōu)先或低位優(yōu)先)、CRC檢校類型(常規(guī)型或增強型)和可讀方向(正向可讀或雙向可讀)?？勺x方向決定了解析BINEX數(shù)據(jù)時讀取的順序，正向可讀對應正向讀取解析，方向編碼對應倒序讀取解析。當頭字節(jié)確定某段數(shù)據(jù)采用雙向可讀時，必須有終端字節(jié)進行約束，即采用結構二的形式。例如，當解析一段正向可讀的BINEX數(shù)據(jù)時，遇到了與雙向可讀時相同的頭字節(jié)，采用反向倒序的讀取解析方式時，無法找到對應的終端字節(jié)，就會出現(xiàn)CRC檢驗錯誤，則表明此時的數(shù)據(jù)有問題，即可保證BINEX數(shù)據(jù)的完好性。目前一共定義了8種頭字節(jié)，其中4種對應有終端字節(jié)，如表4所示。

表4 頭字節(jié)與終端字節(jié)匹配表

2.2 文件類型(Record ID Bytes)

頭字節(jié)字段后緊跟的是文件類型字段，用來指明BINEX數(shù)據(jù)儲存的文件類型，使用ubnxi類型數(shù)據(jù)，占用1～4個字節(jié)。目前單字節(jié)ID(0～127)表示公開的標準數(shù)據(jù)格式，如RINEX、IONEX、SP3、SINEX等數(shù)據(jù)格式；其他單字節(jié)ID和多字節(jié)ID目前一小部分由一些公司作為內(nèi)部數(shù)據(jù)格式使用，大部分作為保留。一般常用的文件類型ID如表5所示。

表5 文件類型ID

2.3 信息長度(Record Message Length Bytes)

緊隨文件類型部分后的就是信息長度部分，用來表達后面所記錄的信息的長度(字節(jié)數(shù))，使用ubnxi類型數(shù)據(jù)，占用1～4個字節(jié)。這種形式最大可以記錄5億個字節(jié)的數(shù)據(jù)量，但平時常用的數(shù)據(jù)一般只需要2個字節(jié)來表達信息長度。

2.4 信息(Record Message)

信息長度后就是BINEX儲存的數(shù)據(jù)信息，編碼方式按照BINEX設計的格式編碼，占用信息長度所表示的字節(jié)數(shù)。BINEX設計了嚴格、多樣的編碼格式，表6為目前常用的觀測值文件(0x7f-05)格式說明。

表6 觀測值文件(0x7f-05)格式說明

表6(續(xù))

2.5 CRC(Record Checksum/CRC)

CRC又稱循環(huán)冗余檢驗，是數(shù)據(jù)通信領域中最常用的一種差錯校驗碼。一段BINEX數(shù)據(jù)的最后為CRC檢校碼(指第一種結構)，BINEX數(shù)據(jù)參與CRC檢校的部分為文件類型、信息長度和信息3部分，其CRC檢校類型分為常規(guī)型和增強型，CRC檢驗有不同的檢驗方法，表7為不同CRC檢校方法的使用情況。

表7 不同CRC檢校方法的使用情況

3 BINEX數(shù)據(jù)格式解析

BINEX數(shù)據(jù)文件或數(shù)據(jù)流解析時，可正向讀取數(shù)據(jù)，充分利用結構特點，使用相同的解析算法：首先按照順序讀取，尋找頭字節(jié)，頭字節(jié)確定為8個頭字節(jié)之一后，本段BINEX數(shù)據(jù)的存儲順序、CRC檢驗類型和可讀順序便確定完成；然后需要判斷所使用的處理器在存儲順序上與本段數(shù)據(jù)的存儲順序是否相同，根據(jù)是否相同采用不同的解析方法；緊隨頭字節(jié)部分的就是文件類型和信息長度部分，可以確定所讀取數(shù)據(jù)的類型和存儲的信息長度，2者都使用了ubnxi類型數(shù)據(jù)格式；根據(jù)信息長度部分確定的字節(jié)數(shù)、文件類型字節(jié)數(shù)和信息長度字節(jié)數(shù)判斷使用的CRC檢驗方法并進行CRC檢驗；檢驗通過后進行信息的讀取，信息根據(jù)設定好的格式進行解析，檢驗不通過則返回重新進行頭字節(jié)的確定；對于只能正向讀取的數(shù)據(jù)(結構一)正確解析完信息后就完成了解析工作；對于可以雙向讀取的數(shù)據(jù)(結構二)，進行解析前應確定是否有相應的終端字節(jié)與頭字節(jié)對應，然后進行數(shù)據(jù)解析。BINEX數(shù)據(jù)解析流程如圖1所示。

4 實例驗證

為了檢驗BINEX解碼工作，使用在2015-10-31 Trimble NetR9接收機采集的觀測數(shù)據(jù)進行解碼驗證。圖2為接收機直接存儲的RINEX 3.02版本觀測數(shù)據(jù)，圖3為接收機存儲下的BINEX文件格式的觀測數(shù)據(jù)，圖4為將BINEX文件解碼后自定義輸出的觀測數(shù)據(jù)。從圖2和圖4中可以看出，同一歷元下共觀測到了13顆導航衛(wèi)星，其中GPS衛(wèi)星7顆、BDS衛(wèi)星6顆，將相應衛(wèi)星的偽距觀測值和載波觀測值進行比較，BINEX解碼出的所有衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)與接收機直接存儲的觀測數(shù)據(jù)一致，驗證了BINEX數(shù)據(jù)格式的準確性和可用性。

5 結束語

本文主要介紹了BINEX標準數(shù)據(jù)格式及其特點，以及常用的觀測文件的格式設計、BINEX數(shù)據(jù)的解析方法和流程。通過使用C++語言進行編程解碼，驗證了BINEX格式存儲數(shù)據(jù)的準確性和可用性，BINEX作為標準的GNSS數(shù)據(jù)格式，結構設計上緊湊并且靈活，充分利用了存儲空間，能夠適應不同類型的數(shù)據(jù)。在當今衛(wèi)星導航系統(tǒng)迅速發(fā)展的時代，BINEX格式在導航信息存儲和管理方面將會有更大的應用空間。

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BINEX standard data format and its analysis

WANGDuo1，BEIJinzhong2，XUYantian2，GUShouzhou2

(1.Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong 266000，China； 2.Chinese Academy of Surveying and Mapping，Beijing 100830，China)

Aiming at the problem that the binary storage format of GNSS navigation information compatible with Beidou is not uniform，the paper proposed the method of using BINEX data format to store the data：This paper introduces the overall structure and characteristics of BINEX standard data format was introduced，and the methods and procedures of decoding with BINEX format were analyzed. Finally，experiment was carried out to verify the availability and accuracy of the BINEX format. Results showed that BINEX could ensure the security of information integrity，greatly reduce the required storage space，and manage those GNSS data more effectively.

BINEX，GNSS；data format；data analysis

2016-06-29

國家重點研發(fā)計劃(2016YFB0502105);國家重點研發(fā)計劃(2016YEB0501801);科技部863計劃(2015AA124001);北斗分析中心(GFZX0301040308-06)；中國測繪科學研究院科研業(yè)務費(7771604)。

王鐸(1992—)，男，河北廊坊人，碩士生，研究方向為衛(wèi)星導航與定位技術。

王鐸，秘金鐘，徐彥田，等.BINEX標準數(shù)據(jù)格式及其解析[J].導航定位學報，2017，5(1)：12-17.(WANG Duo，BEI Jinzhong，XU Yantian，et al.BINEX standard data format and its analysis[J].Journal of Navigation and Positioning，2017，5(1)：12-17.)

10.16547/j.cnki.10-1096.20170104.

P228

A

2095-4999(2017)01-0012-06