摘 要：基于華測X60 RTK接收機，針對Windows開發(fā)環(huán)境廣泛使用，采用VC++的MSCOMM控件開發(fā)了RTCM數據采集及解碼器。本軟件能夠動態(tài)顯示RTCM導航電文1、2、3、9等各相關參數，動態(tài)存儲RTCM二進制原始語句及其解碼結果文件，為下一步研制差分基準站、DGPS接收機提供了數據源和基礎。
關鍵詞：GPS；RTCM；數據采集；解碼
GPS是美國國防部的第2代衛(wèi)星導航系統(tǒng)。該系統(tǒng)由GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和GPS信號接收機3部分組成，能提供全球覆蓋、全天候、全天時連續(xù)定位、導航和授時服務。我國雖有多個科研院所從事GPS相關產品的開發(fā)，但其研究對象主要集中在動態(tài)較低的民用領域，而且精度一般不高，在17 m左右[1]。
美國政府于2000年5月1日取消了SA干擾，此后電離層誤差成為GPS最主要的定位誤差源[2]，對GPS數據進行差分處理是提高GPS處理精度的有效途徑，差分GPS接收機是消除電離層誤差的有效手段，這是本文的研究背景。
本文基于X60 RTK接收機，采用VC開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了RTCM解碼軟件，為下一步進行高精度差分定位解算算法研究和DGPS接收機研制工作提供基礎。
1 RTCM SC-104導航電文簡介
RTCM SC-104是商用DGPS接收機的通用數據格式，該格式與ICD-GPS-200規(guī)定的GPS導航電文的字格式、奇偶校驗規(guī)則相同，不同在于GPS電文中各子幀長度是固定的，而RTCM SC-104電文長度是可變的。RTCM電文結構包括2個字頭，后接n個數據字，每字長為30 bit，具體格式參見文獻[3]。RTCM SC-104共包括21類63種電文。偽距差分電文主要有1、2、3，有時也用到電文9。
1.1電文1
電文1是RTCM電文中最基本的電文，向用戶提供偽距改正數及其變化率，其內容格式如表1所示。
其中，S為比例因子，是標識偽距改正數PRC和偽距改正數變化率RRC的比例尺度；U表示用戶測距誤差，有4種編碼，每種編碼代表不同的用戶測距誤差；衛(wèi)星ID 號指衛(wèi)星的編號；PRC指偽距改正數；RRC指偽距改正數變化率，都是用來修正誤差的，具體含義參見文獻[4-5]。
IOD是改正數的數據齡期，與GPS中IOD意義相同。如RTCM電文IOD與GPS星歷中IOD不相匹配，則不能直接使用該組改正數，因此IOD是保證差分定位的關鍵，以確保用戶使用的導航電文與基準站使用的導航電文相同。
1.2 電文2
電文2的格式和電文1完全相同, 包含了衛(wèi)星導航參數的變化所導致的偽距變率及偽距變率的改變量。如果用戶站未能解譯出新的星歷，而此時基準站已采用了新的星歷，則兩站所用的星歷不一樣，此時基準站必須同時播發(fā)電文1和電文 2，防止定位結果產生較大誤差。
1.3 電文3
電文3是GPS參考站參數，用于發(fā)送基準站在 WGS-84 坐標系中的坐標信息 ( ECEFX, ECEFY, ECEFZ)，各占32 bit，給定的坐標精度至少到cm級。該項電文由 32×3/ 24 = 4 個字組成, 按順序發(fā)送基準站坐標的3個參數，每個字最后6位是奇偶校驗位。
電文9用于GPS部分衛(wèi)星組差分改正，其格式與電文1完全相同。
2 RTCM電文解碼方案設計
2.1 VC++平臺簡介
本軟件主要基于VC++平臺實現，電文的接收用到了VC++中的MSCOMM控件。MSCOMM控件提供了2種處理通信的方式：事件驅動方式和查詢方式。事件驅動方式相當于一般程序設計中的中斷方式。當串口發(fā)生事件或錯誤時，MSCOMM控件會產生OnComm事件，用戶程序可以捕獲該事件進行相應處理。本文的例子均采用該方式。
2.2 RTCM電文解碼方案[6]
根據RTCM的編碼規(guī)則設計解碼方案，解碼過程可利用電文字頭中的先導字01100110進行同步，主要有如下5個步驟。
(1)字節(jié)掃描。傳輸數據時，通常采用“6/8”格式的方式。每8 bit數據中僅低6 bit是有效位，第7位為標志位“1”，第8位為空格“0”。接收到的數據必須先取低6位，然后判斷這低6位是不是在64和127之間，如果不是則丟棄這個數據。
(2)字節(jié)滾動。由于GPS設備多數采用美國國家標準化研究所制定的ANSI X3.16和X3.15型標準接口，故連接到計算機標準串口RS-232上的時候需要進行“字節(jié)滾動”。
(3)取補碼。當前一個碼字最后一個比特D30*為1時，必須對當前這個字碼的前4個字節(jié)取補碼；如果D30*為0，則保持不變。奇偶校驗位則不必取補碼。
(4)找引導字。尋找RTCM通用電文引導字(01100110或10011001)，進行奇偶校驗，通過同步完成，否則繼續(xù)找引導字。
(5)電文解碼。根據幀長度，按相應電文格式解碼，主要包括比例因子、用戶測距誤差、衛(wèi)星號、PRC等參數。
具體解碼流程圖如圖1所示。
3 RTCM數據采集及解碼器實現
3.1 RTCM數據采集及解碼器介紹
本系統(tǒng)基于Windows操作系統(tǒng)，利用VC++編程實現RTCM導航電文解碼，它既能從差分基準站接收數據，又能從數據文件讀取數據，原始數據和解碼結果將被顯示及存儲，解碼結果包括各顆衛(wèi)星所包含的參數。
3.2 RTCM數據采集及解碼器實現
圖2為數據解調子界面，主要有接收回顯窗和解碼顯示窗2部分，其中接收回顯窗顯示各模塊原始數據，解碼顯示窗顯示解碼結果。
3.3 關鍵代碼介紹
程序的關鍵在于對接收到的差分數據解碼，根據2.2節(jié)的解碼方案設計，以電文1為例，程序關鍵代碼如下：
for( i=0;i<N-10;i++) //找引導字
{
int dxj=b[i]*4+(b[i+1]-bitshift2(b[i+1],4))/16;
if(dxj==102||pow(2,8)-1-dxj==102) //找到引導字
{ type=getbit(b[i+1],1,4)*4+getbit(b[i+2],5,6); //電文類型
if(bitshift2(b[i+4],1)==1)
//如D30*等于1，則對后面4個字節(jié)取補碼
{…….}
else {i=i+5;}
//如果D30*不等于1，則不做任何處理
zt=(b[i]*pow(2,7)+b[i+1]*2+(b[i+2]-bitshift2(b[i+2],5))/32)*0.6; // z計數
xuhao=getbit(b[i+2],3,5); //序號
changdu=getbit(b[i+2],1,2)*8+getbit(b[i+3],4,6); //幀長
health=getbit(b[i+3],1,3); //健康度
int d1=i+5;
if(type==1||type==62) //如果是電文1
{ int cc=0;
while(1)
//計算電文1除頭碼之外的長度cc
{ … }
while(i+5<10+cc-1) //5個字碼（3顆衛(wèi)星所有參數）循環(huán)一次
{
…… //判斷是否取補碼，解比例因子、用戶測距誤差、衛(wèi)星號、PRC
k=k+3; //每解完3顆衛(wèi)星的信息便循環(huán)一次
}
} //if type=1
} //if 找到引導字
if (d2==1) break; // 如果到了電文結尾，則結束
} //for
4 結果分析
整個軟件測試工作是在華東交通大學信息工程學院的2樓信息技術研究所進行，時間為2008年4月14號10:22:32。實驗平臺基于X60差分GPS接收機進行，接收天線安裝在信息學院樓頂。解碼結果如表2~表4所示。
將以上誤差數據對自行研制接收機輸出結果進行修正，結果如圖3所示。
由圖3中結果可看出，其海拔高度的定位誤差在1 m內，經度、緯度定位誤差分別在10-6度和10-7度，比單頻偽距GPS接收機的定位精度好。通過利用基準站進行差分數據傳送進行的定位結果可以達到1 m左右定位精度，結果進一步證明了解碼方法及結果的正確性。
本文基于X60試驗平臺，開發(fā)了RTCM SC-104導航電文數據采集及解碼器。本軟件再加上其他相關軟件可進行差分基站設計，可充分利用PC編程資源進行開發(fā)工作。該算法在自行研制的GPS接收機上運行，已獲得了較好的定位精度，為下一步進行實時DGPS接收機研制提供了基礎。
參考文獻
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[2] 高山,陳武,胡叢偉,等.高精度GPS定位的精密電離層模型[J].Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics,2005,22(2):107-113.
[3] KAPLAN E D， HEGARTY C J. GPS原理與應用(第2版)[M]. 寇艷紅,譯.北京：電子工業(yè)出版社，2007.
[4] 何怡,李揚繼.淺析差分GPS的算法及數據格式[J].電訊技術, 2004,(3)：111-115.
[5] 李良,張小超,趙化平.GPS差分RTCM數據實時編碼解碼算法及實現[J].計算機工程與應用,2006,(11)：209-211.
[6] 史峰.基于虛擬參考站技術和PDA平臺的GPS移動定位系統(tǒng)[D].上海：同濟大學, 2007.