DGPS-RTCM數(shù)據(jù)格式簡(jiǎn)介及其解碼算法實(shí)現(xiàn)_圖文

1、研究與設(shè)計(jì)電子測(cè)量技術(shù)EL ECTRONIC M EASUREM EN T TEC HNOLO GY 第31卷第12期2008年12月D GPS RTCM數(shù)據(jù)格式簡(jiǎn)介及其解碼算法實(shí)現(xiàn)李思超1葉甜春1徐建華2(1.中國(guó)科學(xué)院微電子研究所北京100029;2.杭州中科微電子有限公司杭州310053摘要:差分GPS(D GPS技術(shù)是提高GPS系統(tǒng)定位精度的有效途徑。本文簡(jiǎn)要介紹了D GPS系統(tǒng)中在國(guó)際上被廣泛使用的RTCM SC2104協(xié)議的數(shù)據(jù)格式,針對(duì)該協(xié)議,提出并實(shí)現(xiàn)了完整的解碼算法。通過實(shí)際數(shù)據(jù)的測(cè)試,該算法及VC實(shí)現(xiàn)程序能夠?qū)崿F(xiàn)正確的解碼。關(guān)鍵詞:GPS;差分GPS;R TCM;算法;Vi

2、sual C+中圖分類號(hào):TP242文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AIntroduction and decoding arithmetic&realizationof RTCM data format of D GPSLi Sichao1Ye Tianchun1Xu Jianhua2(1.Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences,Beijing100029;2.Hangzhou Zhongke Microelectronics Co.,Ltd,Hangzhou310053Abstract:Differential GPS(

3、D GPSis an effective approach to enhance the precision of GPS system.The paper introduces the data format of R TCM SC2104protocol briefly,which has been applied throughout the world.Besides, the paper proposes and realizes an integrated decoding arithmetic.Through the test with the practical data,th

4、e arithmetic and VC program can decode the data correctly.K eyw ords:GPS;D GPS;R TCM;arithmetic;Visual C+0引言一個(gè)單頻SPS GPS用戶在全世界范圍內(nèi)一般可以獲得優(yōu)于10m的定位精度(95%,然而,在很多場(chǎng)合,如陸地測(cè)繪、精密進(jìn)近、機(jī)體定姿以及交通運(yùn)輸122等方面,對(duì)定位精度提出了更高的要求。對(duì)于這些應(yīng)用來說,定位系統(tǒng)需要增強(qiáng),D GPS就是一種常用的增強(qiáng)技術(shù)。按照D GPS 系統(tǒng)所覆蓋的地理范圍,可分為廣域D GPS(WAD GPS和局域DP GS(L AD GPS。WAD GPS可覆蓋

5、整個(gè)國(guó)家,其對(duì)定位精度的改善與用戶和某一基準(zhǔn)站的靠近程度無關(guān)。系統(tǒng)較為復(fù)雜,一般由國(guó)家組織投資建設(shè)?，F(xiàn)有WAD GPS系統(tǒng)包括美國(guó)國(guó)內(nèi)的WAAS系統(tǒng),歐洲境內(nèi)的EGNOS系統(tǒng),日本和東南亞境內(nèi)的MSAS系統(tǒng),以及印度境內(nèi)的GA GAN系統(tǒng)。L AD GPS的覆蓋范圍一般在10 100km,偽距差分定位精度可以達(dá)到1m左右,載波相位差分精度可以達(dá)到厘米級(jí)。用戶距離基準(zhǔn)站越遠(yuǎn),改善程度越小,但是實(shí)現(xiàn)過程相對(duì)簡(jiǎn)單。目前采用的L AD GPS協(xié)議包括Trimble公司提出的CMR協(xié)議和R TCM SC2104協(xié)議。CMR協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)量小、定位速度快,適合實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位;R TCM SC2104協(xié)議是由海

6、事無線電技術(shù)委員會(huì)(R TCM第104專門委員會(huì)(SC2104制定的D GPS電文,該電文組在國(guó)際上得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用,并且不斷更新,2001年8月發(fā)布的2.3版是同時(shí)支持碼基和基于載波相位的L AD GPS的最新版本。本文主要描述這一版本的數(shù)據(jù)格式和解碼算法。此外,在2004年2月,R TCM還發(fā)布了重點(diǎn)集中在載波相位D GPS上的效率更高的協(xié)議,稱為3.0版。1RTCM SC2104協(xié)議數(shù)據(jù)格式該電文的基本幀格式由數(shù)目可變的30比特字組成,每個(gè)字的2530位是奇偶校驗(yàn)位。每一幀的前兩個(gè)字稱為報(bào)頭,報(bào)頭內(nèi)容如圖1所示324:引導(dǎo)字8bit幀ID6bit基準(zhǔn)站ID10bit奇偶校驗(yàn)6bit

7、字1修正Z計(jì)數(shù)13bit序列號(hào)3bit幀長(zhǎng)度5bit基準(zhǔn)站健康狀態(tài)3bit奇偶校驗(yàn)6bit字2圖1報(bào)頭內(nèi)容報(bào)頭的第一個(gè)字包含一個(gè)8bit的引導(dǎo)字,由固定序列第31卷電子測(cè)量技術(shù)01100110組成,供用戶搜索同步使用。后面是6bit的幀標(biāo)識(shí),從而標(biāo)識(shí)出63種可能的電文類型,表1列出了前9種電文類型。再后面是10bit的基準(zhǔn)站標(biāo)識(shí),給出基準(zhǔn)站的序號(hào)。第二個(gè)字的前13bit為修正Z計(jì)數(shù)器,包含電文的時(shí)間基準(zhǔn),分辨率為0.6s,范圍為03599.4s,用戶可根據(jù)接收機(jī)的時(shí)間確定Z計(jì)數(shù)器對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確GPS時(shí)。接下來的3個(gè)bit是按每個(gè)幀增加的序列號(hào),用于驗(yàn)證幀同步。幀長(zhǎng)度表明了本幀除報(bào)頭以外的字?jǐn)?shù),也就

8、標(biāo)識(shí)了本幀的終止位置。3bit的基準(zhǔn)站健康狀況表示基準(zhǔn)站是否工作正常以及基準(zhǔn)站的傳輸是否被監(jiān)測(cè)到,共8種類型,其中6種用來為電文中的用戶差分距離誤差(UDRE提供比例因子,如表2所示5。表1部分RTCM電文類型電文類型現(xiàn)狀應(yīng)用1已定D GPS校正值2已定D GPS校正值3已定GPS基準(zhǔn)站參數(shù)4暫定基準(zhǔn)站坐標(biāo)基準(zhǔn)5已定GPS星座健康狀況信息6已定GPS空幀7已定D GPS無線電信標(biāo)歷書8暫定偽衛(wèi)星歷書9已定GPS部分校正數(shù)表2基準(zhǔn)站健康狀況編碼含義代碼含義000正常,UDRE比例因子為1001正常,UDRE比例因子為0.75010正常,UDRE比例因子為0.5011正常,UDRE比例因子為0.3

9、100正常,UDRE比例因子為0.2101正常,UDRE比例因子為0.1110基準(zhǔn)站未檢測(cè)傳輸信息111基準(zhǔn)站未工作對(duì)于碼基D GPS,第1類和第9類電文是最重要的電文,而第1類是最常用的電文,所以本文重點(diǎn)介紹和解算第1類電文。第1類電文的內(nèi)容如圖2所示,主要用于偽距差分,包含以下參數(shù)627:(1比例因子:該位為1,偽距及其變化率分辨率分別為0.32m、0.032m/s;該位為0,上述值分別為0.02m、0.002m/s。(2UDRE:期望的偽距校正值的1誤差范圍,每種編碼代表不同的誤差范圍,如表3所示。另外,實(shí)際的誤差范圍還要乘以表2給出的比例因子。(3衛(wèi)星標(biāo)識(shí):D GPS校正值所對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星

10、編號(hào)。(4偽距及其變化率校正值:在報(bào)頭的Z計(jì)數(shù)器所提供的時(shí)刻可用,用于修正用戶接收機(jī)的測(cè)量值8。(5數(shù)據(jù)期號(hào)IOD:指示產(chǎn)生各校正值的GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)的特定組別,應(yīng)與GPS廣播電文中的IODE相同。若兩者不匹配,則該組校正數(shù)不能直接使用。31bitUDRE2bit衛(wèi)星ID5bit偽距校正值16bit336bit(a距離變化率校正值8bit數(shù)據(jù)期號(hào)8bit31bitUDRE2bit衛(wèi)星ID5bit336bit(b偽距校正值16bit距離變化率校正值8bit336bit(c數(shù)據(jù)期號(hào)8bit31bitUDRE2bit衛(wèi)星ID5bit偽距校正值高8bit336bit(d偽距校正值低8bit距離變化率校正

11、值8bit數(shù)據(jù)期號(hào)8bit336bit(e注:3比例因子33奇偶校驗(yàn)位圖2第1類電文的內(nèi)容表3編碼預(yù)期1誤差范圍00<=1m01>1m且<=4m10>4m且<=8m11>8m由圖2可見,除報(bào)頭外,每5個(gè)字剛好存儲(chǔ)3顆衛(wèi)星的D GPS數(shù)據(jù),若可見衛(wèi)星數(shù)目不是3的整數(shù)倍,則最后一個(gè)字的信息位必定不足24位,剩余的bit以“1010”填充。2解碼算法R TCM協(xié)議的解碼過程主要分以下幾個(gè)步驟:(1字節(jié)掃描R TCM電文傳輸時(shí),通常只有低6位是有效位,7、8位是填充位,7位置“1”,8位置“0”。所以,接收到的字節(jié)值只有在64127之間,才是有效的,否則就要?jiǎng)h除掉。

12、李思超等:D GPS R TCM數(shù)據(jù)格式簡(jiǎn)介及其解碼算法實(shí)現(xiàn)第12 期(2字節(jié)滾動(dòng)由于UAR T為異步通信,優(yōu)先發(fā)送或接收低位數(shù)據(jù),接收到R TCM字節(jié)后必須進(jìn)行“字節(jié)滾動(dòng)”,滾動(dòng)規(guī)則如圖3所示。圖3字節(jié)滾動(dòng)雙箭頭連接的兩位對(duì)調(diào),7、8兩位不參與滾動(dòng)。(3字節(jié)取補(bǔ)碼按上述步驟處理連續(xù)5個(gè)R TCM字節(jié)后,將每個(gè)字節(jié)的低6位連接起來,得到一個(gè)完整的R TCM字。與GPS 導(dǎo)航電文類似,若前一個(gè)字的最后一個(gè)bit d330為1,則當(dāng)前字的前24位d1d24需要取補(bǔ)碼;若d330為0,則當(dāng)前字保持不變。(4字節(jié)跳頁(yè)當(dāng)需要進(jìn)行邏輯左移操作時(shí),采用跳頁(yè)處理。(5電文同步R TCM電文每幀起始是引導(dǎo)字01

13、100110,先在數(shù)據(jù)串中找到該序列,然后進(jìn)行奇偶校驗(yàn)。若奇偶校驗(yàn)通過,則開始解碼。如果能夠正確解碼,則認(rèn)為該引導(dǎo)字正確,完成電文同步;若不能正確解碼,則需要重新搜索引導(dǎo)字。(6奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)是根據(jù)接收到的R TCM數(shù)據(jù)計(jì)算出新的奇偶校驗(yàn)比特,并與當(dāng)前接收到的奇偶校驗(yàn)比特比較。若兩者一致,則校驗(yàn)通過;若不一致,則校驗(yàn)未通過,必須重新搜索引導(dǎo)字進(jìn)行同步。 新校驗(yàn)比特的計(jì)算方法如下:將前一個(gè)R TCM字的最后兩位d329、d330連同當(dāng)前R TCM字的前24位d1d24一起按一定規(guī)則做異或運(yùn)算,分別得到新的校驗(yàn)比特d25 d30,異或運(yùn)算規(guī)則如表4所示9。根據(jù)上述步驟,得到R TCM協(xié)議解碼算法

14、的主流程圖,如圖4所示。圖4R TCM解碼算法主流程圖表4奇偶校驗(yàn)規(guī)則2.“1”表示該位參與異或運(yùn)算,“0”表示該位不參與異或運(yùn)算3解碼結(jié)果按照上述算法,在Visual C+ 6.0下編出了解碼程序。采用Spirent公司生產(chǎn)的多通道GPS信號(hào)仿真器STR4500,生成R TCM格式的差分GPS信號(hào),該信號(hào)的差分信息是已知的。電文及其信息如下:597E7D7F717243517B4A40415E4665406C6F 774F406448545042434E4069694340594B707D 555A657649747373507F4B7B4D5854555575引導(dǎo)字:01100110電文類

15、型:1基站標(biāo)識(shí):0Z計(jì)數(shù):3397.2序列號(hào):7幀長(zhǎng)度:9基準(zhǔn)站健康狀況:0第31卷電子測(cè)量技術(shù)表5差分?jǐn)?shù)據(jù)信息衛(wèi)星號(hào)比例因子udre 偽距校正值偽距變化率校正值數(shù)據(jù)期號(hào)20038.67700 2.08-0.0022171400-27.72-0.22218912-61.4-0.11224譯碼結(jié)果如圖5所示,與已知結(jié)果表5完全一致。 圖5解碼結(jié)果4結(jié)論本文介紹了RTCM SC 2104碼基和基于載波相位的LADGPS 最新協(xié)議,提出并在Visual C +下實(shí)現(xiàn)了完整的解碼算法。通過對(duì)GPS 信號(hào)發(fā)生器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試,結(jié)果表明該算法能夠?qū)TCM 的電文進(jìn)行可靠的解碼。參考文獻(xiàn)1朱國(guó)輝,

16、張大鵬,戴鋼,等.D GPS 列車車站安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)J .電子測(cè)量技術(shù),2007,30(1:56258.2徐克寶,王軍成,等.自學(xué)習(xí)式GPS 車輛自主導(dǎo)航儀的研究J .儀器儀表學(xué)報(bào),2007,28(2:3172321.3Special Committee 104,R TCMRecom 2mended4Special Committee 104,R TCMRecom 2mended5張九宴.GPS 差分協(xié)議及基準(zhǔn)站算法研究D .武漢:武漢大學(xué),2003:14.6劉智敏,林文介,唐志明.GPS 差分協(xié)議R T GM 電文分析與應(yīng)用J .桂林工學(xué)院學(xué)報(bào),2004,24(2:1882191.7何

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18、和無線行業(yè)測(cè)試技術(shù)的全球領(lǐng)先廠商Anite 股份有限公司(L SE :A IE 日前宣布,L TE U E 協(xié)議測(cè)試儀已經(jīng)上市。該測(cè)試儀是在新型Agilent E6620無線通訊測(cè)試儀的平臺(tái)上開發(fā)成功的,是計(jì)劃開發(fā)的3GPP L TE 研發(fā)測(cè)試產(chǎn)品中的第一款產(chǎn)品。2007年11月,安捷倫與Anite 合作推出了包含開發(fā)工具套件的Anite SA T L TE 協(xié)議測(cè)試儀。它是市場(chǎng)上第一款SA T L TE 協(xié)議測(cè)試儀,具有極其廣泛的功能,是工程師進(jìn)行L TE 手機(jī)早期協(xié)議設(shè)計(jì)的理想工具。它具有一套在綜合開發(fā)環(huán)境中運(yùn)行的開發(fā)測(cè)試工具,內(nèi)含簡(jiǎn)單易用的圖形用戶界面(GU I 、開發(fā)人員A PI 和有利于快速編制123層測(cè)試應(yīng)用程序的開發(fā)輔助程序。該開發(fā)工具套件可提供一個(gè)直觀、強(qiáng)大的測(cè)試環(huán)境,可加速產(chǎn)品上市時(shí)間,提高產(chǎn)品質(zhì)量,并且還能夠有效地節(jié)約投資。新型Agilent E6620A 測(cè)試