【word】 RTCM与CMR差分电文格式的分析与比较

【word】 RTCM与CMR差分电文格式的分析与比较 RTCM与CMR差分电文格式的分析与比较 第2期付先国.RTCM与CMR差分电文格式的分析与比较79 文章编号:1672—8262(2009)02—79—02中图分类号:P228.9文献标识码:B RTCM与CMR差分电文格式的分析与比较 付先国 (合肥市测绘设计研究院,安徽合肥230061) 摘要:介绍了差分GPS传输载波相位差分信息的常用电文格式RTCM与CMR,比较了其优缺点,提出了在低带宽的 条件下更适合采用CMR格式的结论. 关键词:数据格式;RTCM;CMR l引言 为了提高实时定位的精度和可靠性,当前广泛采用 实时差分GPS技术.差分GPS系统由基准站,数据链和 用户3部分组成.数据链在差分GPS系统中起着关键性 作用,因为数据链是否有效可靠决定了差分系统是否有 效可靠.而差分是数据链中很重要的一部分,任何 信息从其产生,存储和交换都有一定的存在方式,这种一 定的存在方式就是协议.为了便于信息的交换流通,要 求有一个统一的协议,这样就产生了协议.差分GPS 系统中的信息传播在全球也需要标准协议.本文主要介 绍了目前常用的GPS差分协议,即海事无线电技术委员 会(RTCM)的104专门委员会制定的RTCMSC一104差分 协议和Trimble公司制定的CMR差分协议. 2RTCMSC一104差分电文格式标准 国际海运事业无线电技术委员会(RTCM)于1983 年11月为全球推广应用差分GPS业务设立了SC一104 专门委员会,制定各种数据格式标准.最早于1985年 发表了RTCMV1.0版本的建议文件.1990年公布了 V2.0版本,该版本中只有伪距差分的信息,没有载波 相位的信息,主要为导航服务.为了满足载波相位差 分技术的要求,1993年推出了V2.1版本,增加了与载 波相位差分技术相关的电文,即电文l8,21.为了应 用俄罗斯的全球导航卫星系统,1998年公布了V2.2 版本,增加了支持GLONASS差分导航电文,同时在相 应的电文中增加了区分GPS卫星和GLONASS卫星的 标志.2001年公布了V2.3版本,定义了电文23和 24.随着网络差分GPS的出现,RTCMV3.0版本也出 版了,增加了用于传输网络差分改正数的电文. RTCM差分协议共定义了64种电文,每种电文帧 长为(N+2)个字,其中电文头两个字称为通用电文. 电文信息包含在N个字中,N随电文类型不同而不同, 同类电文可能由于卫星的个数不同也不相同.通用电 文包含了适用于所有类型的电文,连续为8bit的引导 字(01100110),6bit的帧识别,l0bit的基准站识别, 6bit的奇偶校验组成第一字码,13bit的修正z计数, 3bit的序号,5bit的帧长(N+2),3bit的基准站健康状 况,6bit的奇偶校验组成第二字码. 在已定义的电文中用于RTK的是Type3,Type22和 Typel8,21这6种电文.Type3和Type22发送的基准 站坐标的信息,这些信息在一定的时间内是不发生变化 的.其中Type3提供的是基准站在wGs一84坐标系中 的坐标信息.Typel8,21提供的是观测量信息,其中 Typel8/19提供的是未加改正的原始观测值;Type20/21 提供的是差分改正数.Typel8发送的是原始未加改正 的以周为单位的载波相位观测值,主要包括载波识别, 观测时间,码识别,卫星识别以及原始载波相位观测值 等.其中载波相位观测值占32位,精度为1/256周,范 围是--+8388608周.该项电文的总长度为(3+2N)个 字.电文Typel9发送的是以m为单位的伪距观测值, 其中伪距观测值占32位,精度为0.02,范围是0, 85899345.92m.电文Typel9和Typel8的格式完全相 同,长度相等,只是内容稍有差别.Type20提供的是载 波相位改正数,Type21则是伪距改正数和其变化率,改 正数的变化范围相对原始观测值要小得多. 3CMR标准格式 CMR(CompactMeasurementRecord)是Trimble公 司于1996年开始设计的一套用于RTK的差分格式标 准,主要是针对RTCM格式的码发送率必须高于 收稿日期:20O8一l1—12 作者简介:付先国(198l一),男,助理工程师,现主要从事城市基础测绘 及VRS的工作. 80城市勘测2009芷 4800b/s这一不足之处而制订的,CMR的码发送率只 有RTCM的一半,即2400b/s. CMR的主要电文有3种,即电文0,电文1和电文 2:电文0是原始观测值电文,主要内容是IJ1,I2载波 相位观测值和伪距观测值.电文0的电文头由6个字 节组成,数据部分分为两个部分,一部分是载波u上 的观测值,由8个字节组成,另一部分是IJ2上的观测 值,由7个字节组成.电文1发送的是参考站的坐标 信息,由25个字节组成,其中电文头6个字节,数据 部分19个字节,包含天线相位中心在WGS一84坐标系 中的坐标,天线高,地面点和天线相位之间的偏差以及 坐标的精度等.电文2发送的是电文长度信息,参考 站的简称,参考站点的特征信息以及参考站的详细名 称等,由二进制流和ASCII码组成. CMR的码发送率只有RTCM的一半,而它的数据 信息和RTCM中用于RTK的数据信息是相同的,相位 和伪距观测值同样都是一秒更新一次,这主要是因为 CMR协议中对测量数据进行了压缩处理.图1表示两 ,个相距不远的测站同时对相同的卫星进行观测.很容 易理解在相距不远的两站对同一卫星进行同步观测,将 会得到近似的伪距观测量,CMR就是利用这一规律对 测量数据进行压缩.在CMR协议中基准站发送的全都 不是原始观测值,选择其中的一种伪距,并发送其不足1 光毫秒的部分,1光毫秒相当于299792.458Ill.由于相 距在差分GPS能作用的范围内的两站对相同卫星进行 同步观测,得到的伪距相差不会超过l光毫秒,因此根 据流动站得到的伪距就可以确定基准站发送过来的伪 距.其他观测值发送的是和这种伪距之差.比如,发送 了IJ1载波的原始伪距观测值的不足1光毫秒的部分, 其他值发送的则是原始观测值和L1的伪距之差.差值 的范围相对原始观测值来说要小得多.这样就达到了 对原始观测值进行压缩的目的.观测时间也是发送实 际时间值除以240S的余数,流动站接收后参照自己的 时问便可确定准确的GPS时. 进行RTK测量时,还必须发送有关基准站坐标的 信息.CMR标准协议定义了两种有关基准站的电文, 这两种电文的更新率不是每秒1次,而是每10s一次. 这样在发送有关基准站电文的时候,就使得发送的数 据量达到了最高峰,为了进一步减小发送的最大数据 量,进一步降低带宽,Trimble公司对原来的数据格式 进行了改进,将参考站的全部信息电文分成多个子帧. 每个子帧在电文0发送之后紧接着发送,这样进一步 减小了单位时间内发送的最大数据量,从而达到了降 低传输数据量的目的. 图1CMR协议的数据压缩 4RTCM与CMR的比较分析 RTCM和CMR都能应用于RTK技术,特别是CMR, Trimble制定CMR的目的就是为了更好地应用RTK技 术.CMR的作用相当于RTCM的电文T)T~el8/19,它们都 能达到厘米级的定位精度.使用RTCM的Typel8/19电 文和CMR的差分电文,由于发送给用户的电文都包含了 原始观测值信息,用户的定位计算方法并不因为使用的 协议不一样而不相同,但可能因为不同的厂家使用不同 的定位方法,有的可能和静态定位一样使用最小二乘的 方法,有的可能是使用卡尔漫滤波的方法. 作为两种差分电文格式,它们的不同之处主要有 以下5点: (1)发送的电文内容不同.RTCM发送的均是原 始观测值,而CMR只有一项是原始观测值,其他的是 对应的差值,这样减小了在单位时问内发送的数据量. 这样就达到了对原始观测值进行压缩的目的.观测时 间也仅发送真实时间值除以240s的余数,流动站接收 后参照自己的时间便可确定准确的GPS时.另外,有 关基准站的信息,两种协议也不完全相同. (2)电文的编码方式不同.CMR是在每种电文末 尾用1个字节(8bits)进行校验,而RTCM是在每个字 末尾用6bits进行奇偶校验,即每30bits就有6bits用 于奇偶校验,这样就有很多的字节用于奇偶校验,增加 了电文的数据量. (3)电文长度不同.电文长度不同是他们最大的 不同点.根据RTCM和CMR格式标准的编码方式,假 设观测到的卫星数为N,RTCM标准中使用的是 Type3,18,19,22这4种电文,CMR标准的是Type0, (下转第85页) 第2期田海勇.GPS网测量的”4+2”观测模式85 参考文献 [1]徐绍铨,张华海,杨志强等.GPS测量原理及应用.武汉: 武汉测绘科技大学出版社,1998 [2]高成发.GPS测量.北京:人民交通出版社,2001 “4+2’’ObservationModelofGPSNetworksSurvey TianHaiYong (LuoYangPlanning&ArchitecturalDesignCo.Ltd,LuoYang471000,China) Abstract:TheLocalcityandGPScontrolnetworksinengineering,whicharebigcoverage,densePoints,Shortcycle operationandComplextransferstation,SOhowtoensurefigureintensityandobservationprecision,howtoimproveeffi— ciencyandredueecosts,whicharebigdifficultproblems,theseproblemsareurgentsolvedinGPS.Inthispaper,”4+2” observationmodelisproposed,whichisefficientandappliedworkmeansbasedonanalysinganddiscussingGPSwork meansandworkefficiency,thismeansensurethebestfigureintensityandtheeconomicefficiency,solvetheinconsistency ofprecisionandefficiencyisonlyalternativeinGPS.Itisquick,effective,economic,andistechnicalpopularizedvalue inapplyingtopractice. Keywords:LargeGPSnetworks;Figureintensity;Precision,Workefficiency;Transferstationefficiency;Work costs;”4+2”observationmodel;Effectiveobservationtime;Workingdrawing (上接第80页) Typel和Type2这3种电文,则总的电文长度(以bits 为单位)分别由下式计算: Lrtcm=[6+2x(3+Nx2)+2x(3+Nx2)+5]x5x8(1) Lcmr={6+Nx[8+(FREQ-1)x7]+25+97}x8(2) (4)对数据链的数据传输速率要求不同.CMR的 带宽只有RTCM的一半,RTCM要求数据链的带宽不 低于4800b/s,而CMR要求有2400b/s就够了. (5)实验表明CMR的定位速度远比RTCM快. 5结语 从上面的分析比较可知,CMR数据格式满足了低 带宽通信要求,降低了对通信的要求,更适合RTK测 量作业.RTCM是最早使用的一种国际通用格式,而 且还可以用于伪距差分,但是现在标准的RTCM格式 不能满足RTK测量技术的发展,以至后来GEO”公司 提出了RTCM”版本和RTCM—Adv协议,因此必须要 有一套新的数据格式或对现有的数据格式进行完善与 发展. 参考文献 [1]张九宴,刘晖,黄其欢.常用GPS载波相位差分电文格式 分析与比较[J].测绘信息与工程,2003(5) [2]李良,张小超,赵化平.GPS差分RTCM数据实时编码解 码算法及实现[J].计算机工程与应用,2006(11) [3]刘智敏,林文介,唐卫明.GPS差分协议RTCM电文分析 与应用[J].桂林工学院,2004(2) [4]张九宴.GPS差分协议及基准站算法研究.武汉大学硕 士学位论文. f51NicholasC.Talbot.CompactDataTransmissionStandardfor High-PrecisionGPSfEB/OL].tip://tip.trimble.cony/ put/survey/cmr/cmr.doc.2002—6—8 AnalysisandComparisonofCarrierphaseDGPSData FormatsAsRTCMAndCMR FuXianGuo (HefeiSurveyingandMappingInstitute,Hefei230061,China) Abstract:ThispaperdescribesthecarrierphasedifferentialGPSdataformatsi ncommonuseinthedifferentialGPS system.Theiradvantagesanddisadvantagesarediscussedandaconclusionis drawnthatitisbettertouseCMRdatafor.. matinlowbandwidthcondition. Keywords:dataformat;RTCM;CMR