BINEX格式介绍

概述

BINEX是"BINary EXchange"的缩写，是常用的一种数据交换格式，在GNSS研究中用得很多。

BINEX被设计用来封装任意ASCII码形式的交换数据，比如 RINEX、IONEX、SP3、SINEX等。它有一些设计原则：

任意两个BINEX文件必须可以用cat命令连接生成一个新的合法的BINEX文件
每个BINEX文件由一条或多条BINEX记录组成
每条BINEX记录支持子记录
每条记录中的数据有相同的存储顺序（big/little endian）
BINEX解释器要能解析混合存储顺序的BINEX文件
每条记录都有CRC校验
若需要，BINEX文件可以从后往前读取
BINEX记录中的时间标签必须在公元1980到3000年有效
BINEX可扩展
BINEX记录没有版本号

结构

BINEX包含两层结构，上层通用的记录结构，底层是具体的记录。
上层通用结构有两种。

结构一

字节数	含义
1	同步字节，包含大小端控制位
1 ~ 4	记录ID
1 ~ 4	记录长度
1 ~ 4	（可选），位反转的记录长度 (只用于增强型CRC)
n	记录消息
1 ~ 16	CRC

结构二

字节数	含义
1	同步字节，包含大小端控制位
1 ~ 4	记录ID
1 ~ 4	记录长度
1 ~ 4	（可选），位反转的记录长度 (只用于增强型CRC)
n	记录消息
1 ~ 16	CRC
1 ~ 4	反向字节数（字节反序）
1	反向同步字节，也包含大小端控制位

对比两种结构可以发现，后一种结构比前一种多了总字节数和反向同步字节两个部分，其目的是方便从后往前读取记录。

同步字节

同步字节是BINEX格式定义好的，如下表所示：

结构	存储顺序	CRC类型	可读方向	同步字节	反向字节
一	小端	常规	正向	0xc2 = [11000010]	无
一	大端	常规	正向	0xe2 = [11100010]	无
一	小端	增强	正向	0xc8 = [11001000]	无
一	大端	增强	正向	0xe8 = [11101000]	无
二	小端	常规	双向	0xd2 = [11010010]	0xb4 = [10110100]
二	大端	常规	双向	0xf2 = [11110010]	0xb0 = [10110000]
二	小端	增强	双向	0xd8 = [11011000]	0xe4 = [11100100]
二	大端	增强	双向	0xf8 = [11111000]	0xe0 = [11100000]

同步字节的编码是字母’B’、‘b’、‘R’、‘r’、‘H’、‘h’、'X’和’x’的ASCII码加上0x80得到的。
观察还可以发现，反向字节是同步字节按位取反然后再反序得到的。

记录ID

记录的ID是一个ubnxi类型的值，ubnxi类型即unsigned BINEX integer，是一个可变长度的类型，为1~4个字节，其规则是若前一个字节的最高位（bit7）为1，则还有下一个字节，否则没有。于是有以下4种情况：

1字节：[0xxxxxxx] 取值范围 0-127
2字节：[1xxxxxxx][0xxxxxxx] 取值范围 128-16383
3字节：[1xxxxxxx][1xxxxxxx][0xxxxxxx] 取值范围 16384-2097151
4字节：[1xxxxxxx][1xxxxxxx][1xxxxxxx][xxxxxxxx] 取值范围 2097152-536870911

记录ID的 (0-127) 被保留作为公共领域的标准，目前已分配的是：

0x00 = 0 站点等的配置数据
0x01 = 1 GNSS导航信息如星历等
0x02 = 2 同0x7f
0x03 = 3 同0x7d
0x04 = 4 同0x7e
0x05 = 5 处理结果，如PVT解算结果
0x7d = 125 接收机内部状态数据
0x7e = 126 辅助站点数据
0x7f = 127 GNSS观测数据

其他ID (128-536870911) 可以被分配给其他组织，如：

0x80 - 0x87 分给了 COSMIC/UCAR
0x88 - 0xa7 分给了 Ashtech Precision Products
0xa8 - 0xaf 分给了 Topcon Positioning Systems
0xb0 - 0xb3 分给了 GPS Solutions, Inc.
0xb4 - 0xb7 分给了 NRCan for IGS Real-Time Working Group GNSS development
0xb8 - 0xbf 分给了 JPL
0xc0 - 0xc3 分给了 CU Boulder

记录长度

记录长度也是一个ubnxi类型的值，表示的是紧跟在记录长度这个值之后的记录消息的长度。

记录消息

其内容格式取决于消息类型。

CRC

分两类：常规型和增强型。按不同记录长度又分不同的校验方式。如下表：

类型	记录长度（字节）	CRC码长度	校验方式
常规	0 ~ 127	1	所有字节8位XOR
常规	128 ~ 4095	2	$x^{16} + x^{12} + x^5 + x^0$
常规	4096 ~ 1048575	4	$x^{32} + x^{26} + x^{23} + x^{22} + x^{16} + x^{12} + x^{11} + x^{10} + x^8 + x^7 + x^5 + x^4 + x^2 + x^1 + x^0$
常规	>= 1048576	16	128位MD5
增强	0 ~ 127	2	$x^{16} + x^{12} + x^5 + x^0$
增强	128 ~ 1048575	4	$x^{32} + x^{26} + x^{23} + x^{22} + x^{16} + x^{12} + x^{11} + x^{10} + x^8 + x^7 + x^5 + x^4 + x^2 + x^1 + x^0$
增强	>= 1048576	16	128位MD5

反向消息长度

反向消息长度是一个ubnxi类型的值，表示的是紧跟其后的记录消息的长度（反向看，即包括CRC、记录消息、记录长度、记录ID和同步字节的总长度）。它主要是用来方便从后往前读取记录。要注意的是它是字节顺序也是反序的。

观测值记录

常用的观测值记录（记录ID 0x7f，子记录ID 0x05）格式如下：

内容名称	数据类型	数据长度（字节）	内容描述
子记录ID	uint1	1	固定为0x05
时间标签	uint4+uint2	6	前4字节是从1980年1月6日开始的分钟数，后2字节是剩余的毫秒数
卫星数量和标志	uint1	1	低6位表示卫星数量减一，第6位表示是否有系统时间头信息，第7位表示是否有接收机钟差信息。
[接收机钟差]	—	0 或 3	前面标志决定是否有此内容。若有，低22位表示纳秒，有符号整形（2c22b），高2位为毫秒重置消息
[系统时间头]	—	0 或 1	前面标志决定是否有此内容。若有，低4位表示时间标签所参考的卫星系统ID，若无，默认参考GPS系统。高4位n表示后面的系统时间偏差中提供了多少个参考时间偏差。
[系统时间偏差]	—	0 或 4n	前面系统时间头中的n决定是否有此内容。若n>0，表示有n个参考。每个参考中低4位表示所参考的卫星系统ID，高24位（2c24b）表示钟差，纳秒。

后面跟着的就是一组或者多组卫星观测数据信息，每一组的格式如下：

内容名称	数据类型	数据长度（字节）	内容描述
卫星ID	uint1	1	卫星ID
卫星系统和观测信息	uint1	1	低4位为卫星系统ID，4~6位表示有多少个观测信息块（最多7个），第7位表示卫星状态是否不健康。

下面是一个（可以有多个）观测信息块的信息：

内容名称	数据类型	数据长度（字节）	内容描述
观测码	uint1	1	低5位为观测码ID。第7位表示是否有观测标志在后面。
[观测标志0]	uint1	0 或 1	确定后面是否有多普勒信息和周跳信息，确定载波精度及测距值所占位数，确定是否有下一个观测标志。
[观测标志1]	uint1	0 或 1	确定伪距、载波是否平滑，是否使能多路径抑制，确定是否有下一个观测标志。
[观测标志2]	uint1	0 或 1	2~5位表示GLONASS系统观测的频率信息，确定是否有下一个观测标志。
[观测标志3]	uint1	0 或 1	保留，确定是否有下一个观测标志（因为最多4个，所以后面应该没有了）。基本没有用。
载噪比	uint1	1	载噪比的一部分，精度0.4 dBHz，范围0.0 ~ 102.0 dBHz。
伪距	—	5, 3, 或 2	由是否是参考观测信息及观测标志0来确定是几个字节。最高2位是载噪比的一部分，精度0.1 dBHz，范围-0.2 dBHz ~ +0.1 dBHz。其他位表示伪距值，精度1mm。
载波	—	3	载波与伪距的差值信息
[多普勒信息]	2c24b	0 或 3	由观测标志0决定是否有，精度 1/256 Hz，范围 -32767 ~ +32767 Hz。
[周跳信息]	uint1 或 uint2	0, 1, 或 2	由观测标志0决定是否有，有几个字节。

参考

https://binex.unavco.org/binex.html

tyst08

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