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(shù)據(jù)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(guān)參數(shù),，動態(tài)存儲RTCM二進制原始語句及其解碼結(jié)果文件,，為下一步研制差分基準站、DGPS接收機提供了數(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(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(chǔ),。
1 RTCM SC-104導航電文簡介
　　RTCM SC-104是商用DGPS接收機的通用數(shù)據(jù)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(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[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[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(shù)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(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(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)動方式相當于一般程序設(shè)計中的中斷方式,。當串口發(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(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字01100110進行同步,，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(jù)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(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導航電文解碼，它既能從差分基準站接收數(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數(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(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(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信息工程學院的2樓信息技術(shù)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(jié)果如表2~表4所示,。

　　將以上誤差數(shù)據(jù)對自行研制接收機輸出結(jié)果進行修正,，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接收機的定位精度好,。通過利用基準站進行差分數(shù)據(jù)傳送進行的定位結(jié)果可以達到1 m左右定位精度，結(jié)果進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)軟件可進行差分基站設(shè)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(chǔ),。
參考文獻
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