РТКМ СК-104

RTCM SC-104 — это протокол связи для отправки дифференциального сигнала GPS (DGPS) на приемник GPS из вторичного источника, например радиоприемника. Стандарт назван в честь Специального комитета 104 Радиотехнической комиссии морских служб (RTCM), который его создал. Формат не определяет источник сообщений и использовался в таких различных системах, как длинноволновое морское радио, спутниковое вещание и распространение через Интернет .

Первая широко используемая версия формата была выпущена в 1990 году и была основана на 30-битном пакете, используемом спутниками GPS, известном как «кадр». Каждое сообщение начиналось со стандартного двухкадрового заголовка, за которым следовали один или несколько кадров данных. Кадры были разработаны так, чтобы быть похожими на GPS, чтобы упростить интеграцию в GPS-приемники, но имели недостаток: низкую эффективность канала и ограничение количества сообщений, которые можно было отправить за заданное время.

Совершенно новый формат сообщений был введен в 2003 году для версии 3 стандарта, в которой использовался формат переменной длины для повышения эффективности и увеличения количества отправляемых сообщений, что было важно для поправок GPS в реальном времени. Новый стандарт также значительно увеличил количество возможных типов сообщений. В рамках процесса разработки стандартов название стандарта было изменено, и версия 3.1 стала стандартом RTCM 10403.1 . По состоянию на 20 мая 2021 г. ^[update], последняя версия — 3.3 или 10403.3 с поправками 1 и 2.

RTCM SC-104 — не единственный стандарт DGPS; Компания Trimble представила формат Compact Measurement Record (CMRx) для той же основной цели, и существует несколько других подобных стандартов, используемых для специальных целей. Большинство из них вышли из употребления с появлением версии 10403.1.

Описание

Версия 1

Оригинальная работа SC-104 была опубликована в качестве предварительного стандарта в 1985 году, но так и не получила широкого распространения. На смену ей пришла Версия 2, которая очень похожа. ^{[ 1 ]}

Версия 2

Версия 2 RTCM была выпущена в январе 1990 года и последний раз обновлялась до версии 2.3 в августе 2001 года. ^{[ 1 ]}

RTCM версии 2 основан на наборе 30-битных «слов» фиксированной длины, которые объединены в более длинные сообщения, известные как «кадры». Все слова заканчиваются 6-битным кодом «четности», использующим тот же алгоритм, что и сигналы GPS, на основе кодов Хэмминга . Это оставляет 24 бита доступными для данных. Формат был намеренно смоделирован на основе реальных сообщений GPS, чтобы сохранить узнаваемость. Данные в 24-битной полезной нагрузке извлекаются в отдельные данные, а затем кодируются для локальной передачи в виде строк из 6 бит данных с ведущим 1 стартовым битом и конечным 0 стоповым битом, чтобы сформировать одно 8-битное значение, подходящее для использования в ASCII. последовательные ссылки на основе и тому подобное. Данные кодируются в формате наиболее значимых битов , в отличие от LSB ASCII, поэтому требуется некоторое декодирование, чтобы вернуть их в исходный формат после приема. ^{[ 2 ]}

Все кадры начинаются со стандартного заголовка из двух слов. Первое слово начинается с магического числа , 8-битной «преамбулы», которая всегда содержит 01100110. Следующие шесть бит кодируют тип сообщения от 0 до 64. За ним следует 10-битный идентификатор станции. Второе слово заголовка начинается с 13-битной версии z-счета, единицы времени в GPS, 3-битного порядкового номера, обеспечивающего возможность сортировки кадров, если они поступают не по порядку, пятибитной длины. который подсчитывает общее количество слов в кадре, включая заголовок, и трехбитный код состояния станции, где 111 указывает, что станция не работает должным образом. ^{[ 3 ]}

Всего было разрешено 64 типа сообщений, хотя некоторые из них были намеренно оставлены неиспользованными для будущего расширения или форматы, которые использовались редко и позже были заброшены. Исходный стандарт включает шесть форматов сообщений: 1 для данных поправок, 2 для обновления предыдущих поправок, 3 с указанием местоположения измерительной станции, 6 в виде пустого сообщения для заполнения неиспользуемых слотов, 16, которое включает произвольные 90 символов ASCII для отправки теста. сообщений и 59 для собственных сообщений, используемых поставщиками оборудования. ^{[ 3 ]}

Тип 1 представлял собой полный набор поправок DPGS, который транслировался наземной станцией на все спутники, находящиеся в ее поле зрения. Данные для коррекции одного спутника требовали 40 бит, поэтому для эффективного кодирования данных в 24 бита полезной нагрузки поправки для трех спутников были свернуты в пять слов. Коррекция одного спутника начиналась с 1-битного «масштабного коэффициента» (S) и 2-битной «пользовательской дифференциальной ошибки диапазона» (UDRE), а затем с 5-битного идентификатора спутника. Сама коррекция состояла из двух частей: 16-битной «коррекции псевдодальности» (PRC) и 8-битной «коррекции скорости диапазона» (RRC) и, наконец, 8-битного числа «выдачи данных». ^{[ 3 ]}

Например, это имело тенденцию делать сообщения типа 1 довольно длинными; кадр для станции с пятью видимыми спутниками использует одиннадцать 30-битных слов, оставляя 16 бит пустыми в конце последнего слова. Эти биты заполняются чередующимися единицами и нулями, чтобы избежать путаницы с преамбулой. Более короткие сообщения предназначены для сообщений типа 2, которые используются для отправки периодических обновлений существующих исправлений в более компактной форме. Тип 3 используется для периодической отправки местоположения наземной станции, позволяя получателям выбирать подходящие места. ^{[ 3 ]}

В 1992 году группа встретилась, чтобы рассмотреть мнения пользователей, работающих с GPS-сравнением фаз (RTK), обеспечивающим точность порядка 1 сантиметра (0,39 дюйма). Новые типы сообщений были предложены и стандартизированы как версия 2.1 в 1994 году, включая типы 18 и 19 для необработанных измерений псевдодальности или 20 и 21 в качестве поправок. Новый тип 9 стал альтернативой типам 1 и 2 и стал одним из наиболее широко используемых форматов. В версии 2.2 1997 года добавлены типы с 31 по 37 для поддержки ГЛОНАСС , причем типы 31 и 32 являются эквивалентами типов 1 и 2 для GPS. В последнем обновлении, 2.3 2001 года, было добавлено больше сообщений, таких как идентификатор и описание антенны в Типе 23, ее высота в Типе 24 и несколько других полей для использования с Loran-C и радиомаяками . ^{[ 3 ]}

Из-за пакетов фиксированной ширины и значительных затрат на исправление ошибок версия 2 не была особенно эффективной. Хотя это не было проблемой для большинства применений DGPS, это делало его плохим выбором для RTK, который имеет относительно высокую нагрузку сообщений. По этой причине в 1996 году компания Trimble представила собственный формат Compact Measurement Record (CMR), а в следующем году — обновленный формат CMR+. ^{[ 4 ]} Кроме того, ряд особенностей формата пакета, в частности то, как система четности полагалась на слова, поступающие по порядку, сделали его непригодным для некоторых систем распространения, особенно Интернета , а введение новых систем, таких как Galileo и BeiDou, означало, что формат заканчивались возможные форматы сообщений. ^{[ 3 ]}

Версия 3

RTCM версии 3, первоначально выпущенная в феврале 2004 г. ^{[ 5 ]} — это текущая и постоянно развивающаяся версия стандарта RTCM. В отличие от версии 2.3, версия 3.x использует формат сообщения переменной длины и одну 24-битную проверку циклическим избыточным кодом (CRC) для всего сообщения, а не 6-битную проверку четности для каждого 30-битного слова. Как и в более ранних версиях, формат сообщения начинается с преамбулы, расширенной до 8 бит, за которой следует 6-битная зарезервированная область, а затем 10-битная длина сообщения, позволяющая хранить до 1024 байтов данных. Сообщение, каждое со своим собственным заголовком и данными, определенными в частном порядке, следует за заголовком и затем ограничивается CRC. Экономия данных, особенно в случае RTK, значительна: комплект коррекции RTK версии 3 обычно вдвое короче, чем версия 2. ^{[ 6 ]}

Кроме того, версия 3 группирует сообщения вместе со связанными данными вместо отправки отдельных сообщений для выполнения одной и той же задачи. Например, в версии 2 для отправки полного сообщения RTK требуется сообщение типа 18 для поправок и 19 для измерений псевдодальностей, тогда как в версии 3 эта информация объединяется в один тип 1003. Для одних и тех же типов сообщений определено несколько типов сообщений. информация для дальнейшего повышения эффективности; Тип 1001 имеет данные GPS только на частоте L1, тогда как 1002 добавляет различную дополнительную информацию, а 1003 и 1004 делают то же самое с данными как L1, так и L2 для тех станций, которые могут воспользоваться второй несущей. ^{[ 7 ]}

В исходной версии 3.0 было определено 13 типов сообщений, с 1001 по 1013. 1002 содержал подробную информацию об измерениях GPS L1, а 1004 был как L1, так и L2. 1010 и 1012 были эквивалентами ГЛОНАСС. Номер 1013 содержал различные сведения о системе, включая номер недели по GPS. 1005, 1006 и 1007 содержат подробную информацию о станции, а 1007 добавляет высоту антенны. Позиционные сообщения 1002 или 1004 и 1010 или 1012 отправляются с любой конкретной станции примерно раз в секунду. Детализация станции занимает порядка 20–30 секунд. ^{[ 8 ]}

Вскоре набор был расширен и теперь включает в себя 1019, содержащий эфемериды GPS, которые предоставляют обновления орбиты и могут использоваться для более быстрой синхронизации с сигналами GPS. 1020 — эквивалент эфемерид ГЛОНАСС. Обычно они случаются редко, поскольку одну и ту же информацию периодически отправляют сами спутники. Намного позже были добавлены эфемериды для Галилео F (1045) и I (1046), QZSS (1044) и Бэйдоу (1042). ^{[ 8 ]} Еще одним важным дополнением к системе являются государственное космическое представление (SSR), которое используется для периодического обновления информации о спутниках, и множественные сигнальные сообщения (MSM), которые позволяют объединять данные от разных наборов спутников с использованием единого формата данных. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} MSM также позволяет базовым приемникам добавлять доплеровские поправки, которые в основном используются для устранения неоднозначности при использовании сигналов L1 при перемещении приемников. ^{[ 8 ]}

См. также

НМЕА 0183

Ссылки

Цитаты

^ Jump up to: ^а ^б Янушевский 2011 , стр. 341.
^ Хео и др. 2009 , с. 4.1.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Хео и др. 2009 , с. 4.2.
^ Хео и др. 2009 , с. 3.2.
^ Чан и Бачу 2012 , с. 9.3.2.
^ Хео и др. 2009 , с. 5.1.
^ Хео и др. 2009 , с. 5.2.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Новател 2020 .
^ Boriskin, Kozlov & Zyryanov 2012 .

Библиография

СОАРЕС, Маноэль; Малейру, Бенедита; Рестиво, Франциско (январь 2003 г.). Распределенная система распространения данных DGPS через Интернет . СССРРР 2003.
CMRx: новый формат поправок от Trimble (PDF) (технический отчет). Тримбл. Июнь 2009 года.
Янушевский, Яцек (октябрь 2011 г.). Микульский, Ежи (ред.). Системы спутниковой навигации, сообщения данных, передача данных и форматы . Современная транспортная телематика: 11-я Международная конференция по телематике транспортных систем. Катовице-Устронь, Польша: Springer. дои : 10.1007/978-3-642-24660-9_39 . ISBN 9783642246593 .
«РТКМ Версия 3.0» . Новател . Август 2020.
«Шпаргалка по сообщениям RTCM 3» . СНИП . 15 марта 2016 г.
Хи, Ён; Ян, Томас; Лим, Самсунг; Ризос, Крис (1–3 декабря 2009 г.). Международный стандарт форматов и протоколов данных GNSS в реальном времени . Симпозиум Международного общества глобальных навигационных спутниковых систем IGNSS 2009. CiteSeerX 10.1.1.158.7026 .
Чан, Эдди; Бачу, Джордж (11 мая 2012 г.). Введение в локализацию беспроводной сети: примеры iPhone SDK . Джон Уайли и сыновья. ISBN 9781118298541 .
Борискин, Алексей; Козлов Дмитрий; Зырянов, Глеб (17–21 сентября 2012 г.). Сообщения о множественных сигналах RTCM: новый шаг в стандартизации данных GNSS . Материалы 25-го международного технического совещания спутникового отдела Института навигации. стр. 2947–2955.

[FOOTNOTEJanuszewski2011341-1] Jump up to: ^а ^б Янушевский 2011 , стр. 341.

[FOOTNOTEHeoYanLimRizos20094.1-2] Хео и др. 2009 , с. 4.1.

[FOOTNOTEHeoYanLimRizos20094.2-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Хео и др. 2009 , с. 4.2.

[FOOTNOTEHeoYanLimRizos20093.2-4] Хео и др. 2009 , с. 3.2.

[FOOTNOTEChanBaciu20129.3.2-5] Чан и Бачу 2012 , с. 9.3.2.

[FOOTNOTEHeoYanLimRizos20095.1-6] Хео и др. 2009 , с. 5.1.

[FOOTNOTEHeoYanLimRizos20095.2-7] Хео и др. 2009 , с. 5.2.

[FOOTNOTENovatel2020-8] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Новател 2020 .

[FOOTNOTEBoriskinKozlovZyryanov2012-9] Boriskin, Kozlov & Zyryanov 2012 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]