摘 要：基于華測X60 RTK接收機(jī)，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(shù)據(jù)采集及解碼器。本軟件能夠動態(tài)顯示RTCM導(dǎo)航電文1、2、3、9等各相關(guān)參數(shù)，動態(tài)存儲RTCM二進(jìn)制原始語句及其解碼結(jié)果文件，為下一步研制差分基準(zhǔn)站、DGPS接收機(jī)提供了數(shù)據(jù)源和基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：GPS；RTCM；數(shù)據(jù)采集；解碼

　　GPS是美國國防部的第2代衛(wèi)星導(dǎo)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(jī)3部分組成，能提供全球覆蓋、全天候、全天時連續(xù)定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)。我國雖有多個科研院所從事GPS相關(guān)產(chǎn)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(lǐng)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(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理是提高GPS處理精度的有效途徑，差分GPS接收機(jī)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(jī)，采用VC開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了RTCM解碼軟件，為下一步進(jìn)行高精度差分定位解算算法研究和DGPS接收機(jī)研制工作提供基礎(chǔ)。
1 RTCM SC-104導(dǎo)航電文簡介
　　RTCM SC-104是商用DGPS接收機(jī)的通用數(shù)據(jù)格式，該格式與ICD-GPS-200規(guī)定的GPS導(dǎo)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(jié)構(gòu)包括2個字頭，后接n個數(shù)據(jù)字，每字長為30 bit，具體格式參見文獻(xiàn)[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(shù)及其變化率，其內(nèi)容格式如表1所示。

　　其中，S為比例因子，是標(biāo)識偽距改正數(shù)PRC和偽距改正數(shù)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(shù)；RRC指偽距改正數(shù)變化率，都是用來修正誤差的，具體含義參見文獻(xiàn)[4-5]。
　　IOD是改正數(shù)的數(shù)據(jù)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(shù)，因此IOD是保證差分定位的關(guān)鍵，以確保用戶使用的導(dǎo)航電文與基準(zhǔn)站使用的導(dǎo)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(dǎo)航參數(shù)的變化所導(dǎo)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(zhǔn)站已采用了新的星歷，則兩站所用的星歷不一樣，此時基準(zhǔn)站必須同時播發(fā)電文1和電文 2，防止定位結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。
1.3 電文3
　　電文3是GPS參考站參數(shù)，用于發(fā)送基準(zhǔn)站在 WGS-84 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息 ( ECEFX, ECEFY, ECEFZ)，各占32 bit，給定的坐標(biāo)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(zhǔn)站坐標(biāo)的3個參數(shù)，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(shè)計
2.1 VC++平臺簡介
　　本軟件主要基于VC++平臺實現(xiàn)，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(qū)動方式和查詢方式。事件驅(qū)動方式相當(dāng)于一般程序設(shè)計中的中斷方式。當(dāng)串口發(fā)生事件或錯誤時，MSCOMM控件會產(chǎn)生OnComm事件，用戶程序可以捕獲該事件進(jìn)行相應(yīng)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(jù)RTCM的編碼規(guī)則設(shè)計解碼方案，解碼過程可利用電文字頭中的先導(dǎo)字01100110進(jìn)行同步，主要有如下5個步驟。
 　　(1)字節(jié)掃描。傳輸數(shù)據(jù)時，通常采用“6/8”格式的方式。每8 bit數(shù)據(jù)中僅低6 bit是有效位，第7位為標(biāo)志位“1”，第8位為空格“0”。接收到的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
　　(2)字節(jié)滾動。由于GPS設(shè)備多數(shù)采用美國國家標(biāo)準(zhǔn)化研究所制定的ANSI X3.16和X3.15型標(biāo)準(zhǔn)接口，故連接到計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串口RS-232上的時候需要進(jìn)行“字節(jié)滾動”。
　　(3)取補(bǔ)碼。當(dāng)前一個碼字最后一個比特D30*為1時，必須對當(dāng)前這個字碼的前4個字節(jié)取補(bǔ)碼；如果D30*為0，則保持不變。奇偶校驗位則不必取補(bǔ)碼。
　　(4)找引導(dǎo)字。尋找RTCM通用電文引導(dǎo)字(01100110或10011001)，進(jìn)行奇偶校驗，通過同步完成，否則繼續(xù)找引導(dǎo)字。
　　(5)電文解碼。根據(jù)幀長度，按相應(yīng)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(shù)。
　　具體解碼流程圖如圖1所示。

3 RTCM數(shù)據(jù)采集及解碼器實現(xiàn)
3.1 RTCM數(shù)據(jù)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(xiàn)RTCM導(dǎo)航電文解碼，它既能從差分基準(zhǔn)站接收數(shù)據(jù)，又能從數(shù)據(jù)文件讀取數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)和解碼結(jié)果將被顯示及存儲，解碼結(jié)果包括各顆衛(wèi)星所包含的參數(shù)。
3.2 RTCM數(shù)據(jù)采集及解碼器實現(xiàn)
　　圖2為數(shù)據(jù)解調(diào)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(shù)據(jù)，解碼顯示窗顯示解碼結(jié)果。

3.3 關(guān)鍵代碼介紹
　　程序的關(guān)鍵在于對接收到的差分?jǐn)?shù)據(jù)解碼，根據(jù)2.2節(jié)的解碼方案設(shè)計，以電文1為例，程序關(guān)鍵代碼如下：
 　　for( i=0;i<N-10;i++)                //找引導(dǎo)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(dǎo)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(bǔ)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(shù)
   　　　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(shù)）循環(huán)一次
              {  
              ……      //判斷是否取補(bǔ)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(dǎo)字
 　　if (d2==1)  break;           　　　// 如果到了電文結(jié)尾，則結(jié)束
 　　}                                               　//for
4 結(jié)果分析
　　整個軟件測試工作是在華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院的2樓信息技術(shù)研究所進(jìn)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(jī)進(jìn)行，接收天線安裝在信息學(xué)院樓頂。解碼結(jié)果如表2~表4所示。

　　將以上誤差數(shù)據(jù)對自行研制接收機(jī)輸出結(jié)果進(jìn)行修正，結(jié)果如圖3所示。

　　由圖3中結(jié)果可看出，其海拔高度的定位誤差在1 m內(nèi)，經(jīng)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(jī)的定位精度好。通過利用基準(zhǔn)站進(jìn)行差分?jǐn)?shù)據(jù)傳送進(jìn)行的定位結(jié)果可以達(dá)到1 m左右定位精度，結(jié)果進(jìn)一步證明了解碼方法及結(jié)果的正確性。
　　本文基于X60試驗平臺，開發(fā)了RTCM SC-104導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)采集及解碼器。本軟件再加上其他相關(guān)軟件可進(jìn)行差分基站設(shè)計，可充分利用PC編程資源進(jìn)行開發(fā)工作。該算法在自行研制的GPS接收機(jī)上運(yùn)行，已獲得了較好的定位精度，為下一步進(jìn)行實時DGPS接收機(jī)研制提供了基礎(chǔ)。
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