RTCM

DGNSS數(shù)據(jù)傳輸格式RTCM3.2的介紹及解碼研究

于曉東;呂志偉;王兵浩;于合理;閆建巧

【摘要】傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK中數(shù)據(jù)中心和流動站的數(shù)據(jù)傳輸一般采用RTCMSC‐

104格式，而數(shù)據(jù)中心和參考站之間一般采用接收機(jī)廠商自定義的實(shí)時數(shù)據(jù)格式。

為了滿足新一代網(wǎng)絡(luò)RTK多系統(tǒng)，多信息類型的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，RTCM委員會專

門推出了最新的RTCM10403.2數(shù)據(jù)格式。本文詳細(xì)介紹了最新版的RTCM3.2

電文特點(diǎn)，新增的MSM電文，編、解碼方式以及對BDS系統(tǒng)的支持。給出了M

SM電文組的解碼流程，通過對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼實(shí)驗(yàn)，證明了算法的正確性和可

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【期刊名稱】《全球定位系統(tǒng)》

【年(卷),期】201錯題集 5(000)003

【總頁數(shù)】5頁(P37-41)

【關(guān)鍵詞】DGNSS;RTCM3.2;MSM;解碼;北斗

【作者】于曉東;呂志偉;王兵浩;于合理;閆建巧

【作者單位】信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程學(xué)院，河南鄭州450001;信息工

程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程羅尚正 學(xué)院，河南鄭州450001;信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目

標(biāo)工程學(xué)院，河南鄭州450001;信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程學(xué)院，河南鄭

州450001;信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程學(xué)院，河南鄭州450001

【正文語種】中文

【中圖分類】P228.4

隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)的發(fā)展、美國GPS的現(xiàn)代化、以及俄羅斯的

GLONASS和歐盟的GALILEO的蓬勃發(fā)展,差分GNSS得到了越來越廣泛的應(yīng)用

[1]。為了滿足這些系統(tǒng)的高精度差分定位以及增強(qiáng)服務(wù)的需求,國際海運(yùn)事業(yè)無線

電技術(shù)委員會(RTCM)第104專業(yè)委員會推出了一系列的差分導(dǎo)航全球衛(wèi)星系統(tǒng)

(DGNSS)數(shù)據(jù)通用格式。

自上世紀(jì)九十年代推出RTCM2.X以來,RTCM格式目前已被廣泛用于測繪、施工、

運(yùn)輸、規(guī)劃等多個領(lǐng)域來傳輸差分GNSS數(shù)據(jù)。但在使用中發(fā)現(xiàn),RTCM2.X在一

些結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上存在明顯的缺陷,例如在檢驗(yàn)位的設(shè)置上對帶寬造成了很大的浪費(fèi),

并且檢校碼之間不獨(dú)立,給解碼造成了一定困難[2-3]。為了克服RTCM2.X的這些

缺陷,RTCM委員會2006推出了RTCM3.0格式。同時為了滿足日益增多的衛(wèi)星導(dǎo)

航系統(tǒng)以及多頻的需求,2013年又推出了

RTCM3.2(RTCMstandard10403.2differentialGNSSServices-Version3)[2]。

RTCM3.2的制定和修正,不僅彌補(bǔ)了之前版本中的缺陷,還增加和擴(kuò)展了多種網(wǎng)絡(luò)

RTK信息,定義了包含GPS、GLONASS、GALILEO和BDS的多信號信息組

(MSM),拓寬了RTCM的應(yīng)用領(lǐng)域。尤其值得強(qiáng)調(diào)的是MSM電文組可以對北斗系

統(tǒng)提供支持,這對北斗的高精度差分定位服務(wù)有著重要的意義[4]。但是由于

RTCM3.2標(biāo)準(zhǔn)公布的時間較短,支持此標(biāo)準(zhǔn)的接收機(jī)較少,對編碼、解碼流程研究

的相關(guān)文獻(xiàn)較少。因此本文重點(diǎn)對RTCM3.2格式中新增的MSM電文組進(jìn)行研究,

并對MSM進(jìn)行了解碼程序設(shè)計(jì),采用實(shí)測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

RTCM3.X標(biāo)準(zhǔn)包含應(yīng)用層、表示層、傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層以及物理層。對于編碼、

解碼最重要的是表示層和傳輸層[2,5]。表示層對整個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)做出了詳細(xì)的定義,

包含數(shù)據(jù)字段、消息類型等。傳輸層定義了傳輸?shù)膮f(xié)議,校驗(yàn)方式等。

RTCM3.X為了達(dá)到較高的實(shí)習(xí)感言 傳輸完整率,一條標(biāo)準(zhǔn)的電文由一個固定的引導(dǎo)字、保留

字、一個消息的長度定義,一條消息和一個24bits的周期冗余檢校組成,具體的消

息結(jié)構(gòu)框架如表1所示。

聯(lián)系人：于曉東E-mail:******************

為了滿足日益增多的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及多頻的需求,RTCM3.2在保留了之前版本各

電文定義外,又引入了多信號電文組(MSM)。MSM電文組不僅能支持原有格式中

包含的DGNSS/RTK的信息,還能實(shí)時傳輸、保存基于網(wǎng)絡(luò)的RINEX格式觀測值。

表2示出了RTCM3.2中的各MSM電文組的用途,其中MSM6和MSM7分別與

MSM4和MSM5中包含的電文內(nèi)容是相同的,只是MSM6和MSM7包含的數(shù)據(jù)

內(nèi)容精度更高,可以為更高精度的應(yīng)用而服務(wù)。

MSM電文組由于其通用性更好,便于編碼、解碼,未來將是實(shí)時GNSS數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

重要方式。然而由于它是最新提出的一種電文類型,相關(guān)介紹文獻(xiàn)也較少,因此下面

對MSM電文組進(jìn)行介紹。

MSM電文組由三部分組成,分別為電文頭(MessageHead八字名言 er),衛(wèi)星數(shù)據(jù)

(SatelliteData)和信號數(shù)據(jù)(SignalData)。

1.2.1電文頭

各MSM電文組的電文頭是相同的,包含了該條消息的基本情況,通過解碼電文頭,可

以得到消息類型,參考站信息,各觀測值信息,電文長度等。表3示出了各MSM電文

組的消息頭的詳細(xì)內(nèi)容定義。

表3中uint3表示該數(shù)據(jù)字段是占二進(jìn)制位3位的無符號整型,范圍大小是0～7。

uint(3)表示三個獨(dú)立標(biāo)志位。int15表示該數(shù)據(jù)字段是占二進(jìn)制位15位的整型,范

圍大小是16383。

1.2.2衛(wèi)星數(shù)據(jù)

衛(wèi)星數(shù)據(jù)描述了衛(wèi)星到測站概率距離的信息,排列順序按照電文頭中定義的衛(wèi)星標(biāo)

志組。不同MSM電文組包含的信息不同,以支持網(wǎng)絡(luò)RTK中所需觀測值信息的最

常用的MSM4電文為例,介紹電文的衛(wèi)星數(shù)據(jù)的組成,如表4所示。

1.2.3信號數(shù)據(jù)

MSM電文組的信號數(shù)據(jù)是以Cell為單位進(jìn)行排列,它的排列順序根據(jù)GNSSCell

標(biāo)志組(Masks)來排列的。GNSSCell標(biāo)志組是一個存放衛(wèi)星編號及頻率編號的二

維數(shù)組。它的第一行存放的是衛(wèi)星標(biāo)志組中第一顆觀測衛(wèi)星各信號的標(biāo)志,以此類

推。因此它的大小Ncell是由衛(wèi)星和信號的個數(shù)來決定的,Ncell=NsatNsig,其中

Nsat是衛(wèi)星個數(shù),Nsig是信號個數(shù)。

MSM的信號數(shù)據(jù)不同于傳統(tǒng)的電文類型,傳統(tǒng)電文采用以衛(wèi)星為單位,每顆衛(wèi)星的

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相同,重復(fù)Nsat次。MSM采用同一數(shù)據(jù)字段重復(fù)Ncell次,采用每個數(shù)據(jù)

字段內(nèi)部循環(huán)的方式來存放數(shù)據(jù)[6]。

信號數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)是按數(shù)據(jù)字段類型排列,第一部分是存放所有衛(wèi)星、所有信號的偽

距,排列順序是按照電文頭中CellMask定義的衛(wèi)星號、信號順序排列,重復(fù)Ncell

次。剩下的載波值、半周模糊度標(biāo)志位、信噪比以此類推。

MSM4的信號數(shù)據(jù)如表5所示。

RTCM3.2的制定和修正,不僅彌補(bǔ)了之前版本中的缺陷,還增加和擴(kuò)展了多種網(wǎng)絡(luò)

RTK信息,定義了多個系統(tǒng)的多信號電文組(MSM)[6]。

2013年7月有機(jī)構(gòu)提出了BDS差分電文的提案,為MSM電文組。目前RTCM3.2

中對BDS定義的MSM電文組為1121-1127,僅能支持個別應(yīng)用,不支持SSR、

ABDS等應(yīng)用。2014年,為了提出能支持多種位置服務(wù)功能的差分電文格式,武漢導(dǎo)

航與位置服務(wù)工業(yè)技術(shù)研究院在中國海事局的支持下,向RTCM委員會提交了BDSRTCM-

10403.2差分電文,并被順利接受,進(jìn)入討論環(huán)節(jié)[4,6]。如果提案能夠通過,RTCM將

針對BDS推出類似GPS的各種差分電文格式,有利于完善北斗的高精度差分增強(qiáng)

服務(wù)。

根據(jù)前文介紹的RTCM3.2電文的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼方式,對RTCM3.2的解碼流程進(jìn)

行了設(shè)計(jì),如圖1所示。

對于傳統(tǒng)的電文類型如1004,1005等研究較多,對于包含MSM4電文組的

1074,1084等電文類型研究較少,在此重點(diǎn)給出熱鬧非凡的反義詞 了包含MSM4電文組的GPS1074

的具體解碼流程,如圖2所示.

在MSM4電文解碼過程中,有以下幾點(diǎn)需要注意:

1)衛(wèi)星數(shù)據(jù)由兩個數(shù)據(jù)字段組成,第一部分為Nms,表示的是信號從衛(wèi)星到接收機(jī)

傳播時間除以1ms后得到的整數(shù)部分。第二部分為RoughRange,表示的是信號

從衛(wèi)星到接收機(jī)傳播時間除以1ms后保留十位的小數(shù)部分。通過這兩個值就可以

恢復(fù)偽距的概略值。偽距概略值R為

R[i]=(Nms+RoughRange/2-10)C/1000，

其中,C為光速，單位m/s.

2)信號數(shù)據(jù)中的偽距和載波值存放的都是小數(shù)部分,以偽距Pr為例,Pr中存放的是

偽距小于2-10(光速0.001)的部分,真實(shí)的偽距P要通過和衛(wèi)星數(shù)據(jù)中的偽距概

略值相結(jié)合來計(jì)算:

P[i]=Pr[i]2-24+R[i].

3)半周模糊度表示的是接收機(jī)是否因內(nèi)部原因造成載波發(fā)生了半周的周跳。如果

該標(biāo)識設(shè)為1,表示發(fā)生了周跳,數(shù)據(jù)處理軟件應(yīng)加以處理。

4)結(jié)束標(biāo)識Sync表征該電文組是否是當(dāng)前歷元的最后一組電文。如果該標(biāo)志位值

為1,表示當(dāng)前歷元的電文組還沒有結(jié)束;如果值為0,表示可以結(jié)束當(dāng)前歷元的解碼

流程。

為了驗(yàn)證本文給出的解碼流程的正確性,以華測N71接收機(jī)2014年某天產(chǎn)生的

RTCM數(shù)據(jù)為例對算法進(jìn)行了驗(yàn)證。試驗(yàn)中華測N71接收機(jī)同時保存的RINEX

格式觀測數(shù)據(jù)文件進(jìn)行比對。通過比較兩者的關(guān)系來驗(yàn)證算法的正確性.

圖3示出了包含GPS觀測值信息MSM4的1074電文。

表6示出了對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼后得到的數(shù)據(jù)信息。將解碼的數(shù)據(jù)與接古代勵志詩詞 收機(jī)保存

的RINEX文件進(jìn)行了對比,得出了一致的結(jié)果,驗(yàn)證了算法的正確性。

圖4示出了包含GLONASS觀測值信息3M4的1084電文。由于MSM電文組就

是為了多系統(tǒng)多信號的數(shù)據(jù)所設(shè)計(jì)的,所以不同系統(tǒng)之間的解碼流程是一致的,采用

和GPS相同解碼流程,同樣可以得到正確的結(jié)果。

表7示出了GLONASS1084電文解碼解碼之后的結(jié)果。同樣與保存的觀測文件對

比,結(jié)果相同。

通過對實(shí)測包含GPS觀測值的1074電文和包含GLONASS觀測值的1084電文

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了解碼算法的正確性。同時也證明了MSM電文組在傳輸多系

統(tǒng)多信號數(shù)據(jù)時的通用性。

本文介紹了RTCM3.2的電文內(nèi)容、特點(diǎn),重點(diǎn)介紹了與之前版本相比增加的MSM

電文組,transform 以及對BDS系統(tǒng)的支持情況等。根據(jù)協(xié)議內(nèi)容,設(shè)計(jì)了電文的解碼流程。并

通過對華測N71接收機(jī)實(shí)時傳輸?shù)腉PS和GLONASSRTCM數(shù)據(jù)分別進(jìn)行解碼

實(shí)驗(yàn),得出了正確的解碼結(jié)果,驗(yàn)證了算法的正確性和可靠性。

Keywords:DGNSS;RTCM3.2;MSM;decoding;BDS

【相關(guān)文獻(xiàn)】

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于曉東(1990-),男,碩士生,主要從事網(wǎng)絡(luò)RTK相關(guān)算法的研究。

呂志偉(1974-),男,副教授,主要從事衛(wèi)星精密定位方向的研究。

王兵浩(1989-),男,碩士生,主要從事網(wǎng)絡(luò)RTK、GNSS融合相對定位相關(guān)方面研究。