GPS_RTCM标准协议
GPS协议标准数据格式
GPS模块数据格式GPRMC（建议使用最小GPS数据格式）$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11><CR><LF>1) 标准定位时间（UTC time）格式：时时分分秒秒.秒秒秒（hhmmss.sss）。
2) 定位状态，A = 数据可用，V = 数据不可用。
3) 纬度，格式：度度分分.分分分分（ddmm.mmmm）。
4) 纬度区分，北半球（N）或南半球（S）。
5) 经度，格式：度度分分.分分分分。
6) 经度区分，东（E）半球或西（W）半球。
7) 相对位移速度，0.0 至1851.8 knots8) 相对位移方向，000.0 至359.9度。
实际值。
9) 日期，格式：日日月月年年（ddmmyy）。
10) 磁极变量，000.0 至180.0。
11) 度数。
12) Checksum.(检查位)GPGSV（所示卫星格式）$GPGSV, <1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,?<4>,<5>,<6>,<7>,<8><CR><LF>1) 天空中收到讯号的卫星总数。
2) 定位的卫星总数。
3) 天空中的卫星总数，00 至12。
4) 卫星编号，01 至32。
5) 卫星仰角，OO 至90 度。
6) 卫星方位角，OOO 至359 度。
实际值。
7) 讯号噪声比（C/No），00 至99 dB；无表未接收到讯号。
8) Checksum.(检查位).第<4>,<5>,<6>,<7>项个别卫星会重复出现，每行最多有四颗卫星。
GPS差分协议RTCM电文分析与应用
第24卷 第2期 桂林工学院学报 V ol.24N o.2 2004年4月 JOURNA L OF G UI LI N I NSTIT UTE OF TECH NO LOGY Apr12004文章编号:1006-544X(2004)02-0188-04GPS差分协议RTCM电文分析与应用刘智敏1,2,林文介1,唐卫明2(11桂林工学院土木工程系,广西桂林 541004;21武汉大学G PS工程技术研究中心,湖北武汉 430079)摘 要:通过对RTC M电文内容的分析,就应用中RTC M电文的编码方法和存在的问题进行了探讨,根据DG PS所需要达到的区域范围、环境状况以及经济承受力,选择DG PS差分电文RTC M的发送方式;采用奇偶校验码进行校验,以确保所接收电文的正确性;进行字节滚动,以保持RTC M电文的逻辑序列.关键词:DG PS;RTC M;数据格式中图分类号:P22814;T N91913 文献标识码:A差分G PS系统(Differential G PS,简称DG PS)由基准站、数据链和用户3部分组成:基准站的主要功能是获得差分改正数或得到原始观测值;数据链的作用是将基准站的数据信息以某种标准差分协议传输给用户.因此G PS差分协议和差分电文算法是差分G PS系统必须考虑的两个关键性问题.国际海运事业无线电技术委员会(Radio T ech2 nical C ommission for Maritime Services,简称RT C M)于1983年11月为全球推广应用差分G PS业务设立了RT C M SC-104专门委员会,以便论证用于提供差分G PS业务的各种方法,并制定了标准差分协议.它是最早使用的一种国际通用格式,可以用于伪距差分和实时动态G PS(Real T ime K inematic G PS,简称RTK G PS).1994年1月正式公布Ver 211版本,增加了与载波相位差分技术相关的电文18～21,以后又不断有新的版本出现[1-4].新版本提高了差分改正数的抗差性能,增大了可用信息量,提高了定位精度.伪距差分的精度由原来版本的8～10m提高到1m左右,载波相位差分可达到cm级精度.1 实时差分G PS定位模型根据差分G PS工作原理,DG PS可分为4类,包括位置差分、伪距差分、广域差分和载波相位差分.伪距差分是在m级精度要求下使用最广的一种技术,几乎所有的商用差分G PS接收机均采用了这种技术.实时差分定位系统中,基准站的坐标精确已知,可以算出星站之间的真实几何距离ρj i,基准站的G PS接收机测量出所有可视卫星的伪距 ρj i,同时收集全部卫星的星历,从而得到观测值的改正数[1]Δρji(t)= ρj i(t)-ρj i(t);(1)ρji=(X j s-X i)2+(Y j s-Y i)2+(Z j s-Z i)2;(2) ρj i(t)=ρj i(t)+cδt i(t)-cδt j(t)+Δj i・Ig(t)+Δj i・T(t).(3)其中:基准站的WG S-84坐标为(X i,Y i,Z i),由星历计算出所有观测到的卫星在信号发射时刻的WG S-84坐标(X j s,Y j s,Z j s);δt i(t)为接收机钟差;δt j(t)为卫星钟差;Δji・Ig(t)为电离层折射影响;Δji・T(t)为对流层折射影响,c为光速.通过数据链将基准站的差分信号传输至用户站,用户站接收、解调后送入用户接收机进行解码和计算.将基准站的改正数作为伪距修正量,以改正用户接收机相应的同步伪距观测量,这里忽略对不同观测站伪距观测量的不同影响,以及不同接收机钟差的变化,近似得收稿日期:2003-11-18基金项目:广西自然科学基金资助项目(0339072)作者简介:刘智敏(1975-),女,博士研究生,讲师,研究方向:G PS原理、算法及应用.ρji(t)= ρj i(t)-Δρj i(t).(4)应用C/A码得到定位精度,在距离基准站50～100km范围内可达m级.随着用户与基准站的距离的增大,与空间相关的误差相关性减小,流动站的定位精度随之迅速降低.2 RTCM SC-104电文内容分析RT C M差分协议由二进制编码的数据流组成.每种电文帧长为(N+2)个字,每个字由30bit 构成,分解为5个6bit的字节,其中电文头2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.第25～30位构成字节5,字节5为奇偶校验码,用于检验接收到的电文信息.在DG PS中常用到的电文类型,以RT C M的Ver212版本为例示于表1.表1 Ver212中的几种常用RT C M电文类型T able1 Several types of RTC M codes(Ver212)电文类型目前状况名 称1固定G PS伪距改正2固定G PS伪距改正的变化量3固定G PS参考站参数RT C M电文中,每种电文的电文头格式和内容完全相同.8个bit的引导字固定为01100110,供用户搜索同步使用,必须通过第1和第2个字的奇偶校验,才能确认该引导字是否正确.帧识别是确定电文的类型.基准站识别给出基准站的序号名称.修正Z计数是时间计数,是电文参数的参考时间,范围仅有1h,用户可根据流动站的时间确定Z计数对应的准确G PS时,与G PS电文的Z 计数不同之处是将其分辨率从6s提高到了016s.序号是按下一帧第2个字码逐一增加,帧长是表示接收到的电文的长度,用于电文解码.对序号和帧长解码,可确定下一个引导字的位置. HE A LTH为基准站健康状况代码,表示基准站是否正常运行.通用电文格式和内容见图1.电文1是伪距差分中最基本的电文———差分G PS改正数,向用户提供伪距改正数及其变化率.其1bit的比例因子用以标识伪距改正数PRC和伪距改正数变化率RRC的精度,如果编码为0,则表示PRC和RRC的比例因子分别为0102m和01002m;如果编码为1,则表示PRC和RRC的比例因子分别为0132m和01032m.2bit的用户距离误差(UDRE)有4种编码,每种编码代表不同的用户测距误差.卫星标识ID占5bit.伪距改正数PRC和伪距改正数变化率RRC各占8bit.IOD(Is2 sue of Date)是改正数的数据龄期,占8bit,与G PS中的IOD的意义相同.电文中给出IOD是让用户与G PS导航数据中的星历的数据龄期相比较,如果两者不相匹配,则不能直接使用该组改正数.因此IOD是保证差分定位的关键,以确保用户使用的导航电文与基准站使用的导航电文相同.FI LL (表示填充字)在电文中作填充用,RT C M电文每字30bit,如果基准站同时观测到的卫星个数不是3的倍数,则电文的最后1个字就不足30bit,需用填充字来补充.奇偶校验(PARITY)共占N×6 bit.进行编码时,要注意每24bit插入6bit奇偶校验值,然后余下的不足部分就用填充字来补充至24bit,最后再进行6bit奇偶校验.例如,观测到4颗卫星,则(1+2+5+16+8+8)×4÷24=6余16FI LL=24-16=8;N=6+1=7此电文1长N+2=9个字,270bit.用户接收到电文1中的内容后,便可对接收到的伪距观测值按(4)式进行改正,应用改正后的伪距进行定位解算.电文2———差分G PS改正数的变化量,如果用户站未能解译出新的星历,而此时基准站已采用了新的星历,则两站所用的星历不一样,此时基准站必须同时播发电文1和电文2,防止定位结果产生较大误差.只有用户接收的星历的IOD与基准站电文1中的IOD相一致后,才能采用新的导航数据.如果用户能及时解译出星历,则电文2可省去.另外,如果基准站在发送使用新星历求出的改正数之前等待约90s[5],让用户有足够的图1 通用电文格式和内容Fig11 F ormat of international general RTC M standard data codes981第24卷 第2期 刘智敏等:G PS差分协议RTC M电文分析与应用时间来获得新的龄期数据,这样也可以避免发送电文2.电文2的格式和电文1的完全相同,包含了由于卫星导航参数的变化而导致的伪距变率及伪距变率的改变量.电文3———G PS 参考站参数,电文3发送基准站在WG S -84坐标系中的坐标信息(ECEFX ,E 2CEFY,ECEFZ ),各占32bit ,给定的坐标精度至少到cm 级.该项电文由32×3/24=4个字组成,按顺序发送基准站坐标的3个参数,每个字最后6位是奇偶校验位.3 RTCM SC -104电文编码应用在一些安全要求高、保密性强的工程项目中,采用无线电波以RT C M 电文格式发播自行处理的高精度数据,使特许用户站接收后进行实时差分定位,保证任何状态下的正常运行.目前发送差分电文主要是通过3种方式:低中频的地波、甚高频与超高频传输以及卫星通讯网络.采用低中频地波传输系统,信号越障能力较强,但低频信号受到的干扰及传播中产生的误码也较多,只适于较小范围内数据传输;高频天波传输系统使用电离层与地面反射进行传输,可达到大覆盖面,但是森林、山体、高建筑物有遮挡作用,会形成一定的死角;通讯卫星传播覆盖面广、地面遮挡少,能实现较好的数据广播通信,但是用卫星通讯网络实现DG PS 需要大投入,在我国目前可行性不大.电文信息在这几种传播途径中传输,都会受到各种干扰而产生误码,RT C M 差分电文也不例外.任何电文的遗失或误码都会影响DG PS 的精度,必须采取一定措施确保所接收电文的正确性,才能保证差分定位的精度和可靠性.RT C M 协议采用奇偶校验码对电文进行检验.遵从(30,24)汉明码检错准则,作为一种检错码,奇偶校验码通过增加冗余位使得码字中“1”的个数为奇数或偶数.RT C M 电文中,每30bit 最后6bit 都是奇偶校验位,后面的6位是根据前面的24位以及上一个字的最后两位得到的.图2给出RT C M 中奇偶校验的编码算法,其中:d1,d2,d3…d24是原始的数据信息;D 329,D 330是前一个字的最后两位;D25…D30是计算的奇偶校验位;D1,D2…D29,D30是最终发送的信息.RT C M 电文可在标准计算机通用异步收发机UART 间串行传送,如果所用的UART 提供8bit 的字节,则7设置为标志位,8设置为空格,这种编码规则说明对RT C M 每个字只在64～127之间有效.UART 为约定的非同步通讯,首先发送和接收最低有效位.每一个字节在发送前要完成“滚动”,假设一个字节用d1,d2,d3,d4,d5,d6表示,则滚动的含义是d1和d6,d2和d5,d3和d4进行互换.这在效果上保持了RT C M 电文的逻辑序列,这样在发送媒介中最高有效位优先[2-4].整个编码过程如图3.图2 RT C M 奇偶校验码编码算法[3]Fig 12 Alg orithm of RTC M parity check coding method[3]91桂 林 工 学 院 学 报 2004年图3 RT C M 电文编码流程图Fig 13 RTC M coding flow diagram4 结束语DG PS 差分电文RT C M 发送方式的选择,主要根据DG PS 所需要达到的区域范围、环境状况以及经济承受力.差分精度主要靠基准站传输的RT C M 电文进行修正,在传输过程中,对电文的奇偶校验码编码与解码非常重要,对二进制代码进行奇偶校验,只能判断出数据传输过程发生的错误为奇数,因为若发生的次数为偶数,电文中“1”或“0”的个数没变化,而且无法对误码进行修正.在RT C M 电文编码上,如何提高数据的可用率,尚需进一步探讨.参考文献[1]周忠谟,易杰军,周 琪.G PS 卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社,1995.[2]李洪涛,许国昌,薛鸿印,等.G PS 应用程序设计[M].北京:科学出版社,1999.[3]张九宴.G PS 差分协议及基准站算法研究[D].武汉:武汉大学,2003.[4]王广运,郭秉义,李洪涛.差分G PS 定位技术与应用[M].北京:电子工业出版社,1996.[5]RTC M S pecial C omm ittee N o 11041RTC M Recommended S tandardsF or DifferentialG NSS [S].Analysis and application on RTCM format for differential GPSLIU Zhi 2min 1,LIN Wen 2jie 1,T ANG Wei 2ming 2(11Department o f Civil Engineering ,Guilin Institute o f Technology ,Guilin 541004,China ;21Research Center o f GP S ,Wuhan Univer sity ,Wuhan 430079,China )Abstract :Real 2time differential G PS (RT DG PS )technique is widely used to im prove positioning accuracy and relia 2bility.The DG PS in formation is transmitted to G PS users on a standard data format and received in RT DG PS position 2ing.RT C M is an international general format and is applied earliest.RT C M data format is introduced in detail.Fur 2therm ore ,RT C M coding application is discussed :to select different ways to transmit DG PS codes ;to take on the RT C M parity check coding method in order to make sure the correct rate of the DG PS in formation and to use byte rolling to keep the consecution of RT C M codes.K ey w ords :DG PS ;RT C M ;data format191第24卷 第2期 刘智敏等:G PS 差分协议RTC M 电文分析与应用。
gpsrtk协议书
gpsrtk协议书RTK GPS(Real-Time Kinematic Global Positioning System)是一种实时差分全球定位系统，它通过接收来自GPS卫星的信号，结合地面基站的数据进行实时处理，从而提供高精度的定位结果。
为了保证RTK GPS的稳定性和可靠性，需要采用一种特定的协议进行数据传输和通信。
以下是关于GPS RTK协议的1000字说明。
GPS RTK协议主要涉及以下几个方面的内容：定位数据传输、差分数据传输、控制指令和状态监测等。
一、定位数据传输GPS RTK系统通过无线方式将接收到的定位数据传输到移动终端或其他接收设备上。
通常情况下，定位数据会以二进制形式进行传输，并通过网络或串口进行通信。
在传输过程中，需要确保数据的完整性和准确性，并且能够及时更新数据。
另外，为了增加通信的可靠性，可以采用数据冗余和差错校验等技术手段。
二、差分数据传输RTK GPS系统中的差分数据是通过地面基站收集到的，用于对接收到的GPS卫星信号进行修正，从而提高定位的精度。
差分数据的传输通常采用无线方式，例如蓝牙或WiFi等。
在传输差分数据时，需要确保数据的实时性和一致性，以便实时更新定位结果。
三、控制指令RTK GPS系统需要提供一些控制指令，用于设置系统参数和进行系统操作。
这些控制指令通常以文本形式传输，并通过网络或串口发送到系统中。
例如，可以通过发送指令来设置基站坐标、启动或停止数据传输、设置RTK模式等。
四、状态监测RTK GPS系统还需要实时监测系统的状态信息，例如接收信号质量、定位精度、基站状态等。
这些状态信息通常以文本或数值形式传输，并通过网络或串口发送到移动终端或其他监测设备上。
通过监测系统状态，可以及时发现和解决问题，保证系统的稳定运行。
总之，GPS RTK协议在实现高精度定位的过程中起着关键作用。
通过定义定位数据传输、差分数据传输、控制指令和状态监测等内容，RTK GPS系统能够实时高效地传输数据并进行精准定位。
GPS协议详解
GPS协议详解协议名称：GPS协议详解一、引言GPS（全球定位系统）协议是一种用于定位和导航的协议，通过卫星信号来确定地理位置和时间信息。
本协议旨在详细介绍GPS协议的工作原理、数据格式和通信流程，以便读者全面了解GPS技术。
二、协议概述GPS协议是一种规定了GPS设备与接收器之间通信方式和数据格式的协议。
它定义了数据的传输方式、数据内容以及数据的解析方法，确保GPS设备能够准确地获取卫星信号并解析出位置和时间信息。
三、GPS协议的工作原理1. GPS信号接收：GPS设备通过接收卫星发射的无线信号来获取定位信息。
卫星信号中包含有关卫星位置、时间、纠偏等信息。
2. 数据解析：GPS设备将接收到的信号解析成可用的数据。
解析过程包括解析卫星信号、计算卫星位置、计算接收器位置等。
3. 数据传输：GPS设备将解析后的数据传输给接收器。
数据传输方式可以是串口、USB、无线等。
4. 数据处理：接收器接收到GPS设备传输的数据后，进行进一步的处理，包括数据过滤、纠正、计算等。
5. 数据输出：接收器将处理后的数据输出给用户，通常以文本、数字或图形的形式呈现。
四、GPS协议的数据格式1. NMEA 0183协议：NMEA 0183是一种常用的GPS数据格式，它定义了一系列的语句（Sentence）来传输GPS数据。
常见的语句包括GGA（定位信息）、RMC（推荐定位信息）和VTG（地面速度信息）等。
2. RTCM协议：RTCM是一种用于差分GPS定位的协议，它定义了一系列的差分数据格式，用于提高GPS定位的精度。
3. SiRF协议：SiRF是一种常用的GPS芯片厂商，它定义了一种特定的数据格式，用于与其GPS芯片进行通信。
五、GPS协议的通信流程1. 初始化：接收器与GPS设备建立通信连接，并发送初始化命令，包括波特率、数据格式等。
2. 数据请求：接收器向GPS设备发送数据请求命令，要求获取特定的GPS数据。
3. 数据传输：GPS设备将请求的数据通过指定的通信方式传输给接收器。
GPS差分协议RTCM电文解码过程分析
GPS差分协议RTCM电文解码过程分析
徐瑶;张继宏
【期刊名称】《电脑知识与技术》
【年(卷),期】2014(000)017
【摘要】该文介绍了GPS差分定位的主要误差来源，提出了相应的解决方法。
通过对RTCM协议的具体内容分析，以举例的方式给出了具体的解码流程；根据RTCM的解码原理，提出了此协议存在的不足之处，同时对RTCM的发展前景进行了探讨。
%This paper discusses the main error sources and the solutions of GPS. Give the detail decoding process by analysing the RTCM format. According to the decoding principle of RTCM, discussing the shortcomings and the developing direction of RT-CM format .
【总页数】4页(P4150-4152,4158)
【作者】徐瑶;张继宏
【作者单位】重庆邮电大学，重庆400065;重庆邮电大学，重庆400065
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.RTCM与CMR差分电文格式的分析与比较 [J], 付先国
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3.RTCM差分GPS电文格式与解码 [J], 陈晶;王广运
4.GPS虚拟参考站RTCM传输电文的分析与解码 [J], 孙良育;刘春;吴杭彬
5.GPS差分RTCM数据实时编码解码算法及实现 [J], 李良;张小超;赵化平
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GPS合作协议书
GPS合作协议书一、协议目的本协议旨在明确双方就GPS（全球定位系统）合作事宜达成一致，确保双方的权益和责任得到保障，并共同促进合作项目的顺利进行。
二、合作内容1. 双方合作的具体内容包括但不限于：a) 开发和生产GPS定位设备；b) 提供GPS定位数据和相关服务；c) 推广和销售GPS产品；d) 共同开展市场调研和技术研发。
2. 合作期限：本合作协议自双方签署之日起生效，有效期为三年。
双方可在合作期满前三个月内协商续签或终止合作。
三、合作义务和责任1. 双方应共同努力，按照合作计划和时间表履行各自的合作义务，并保证提供准确、完整、有效的信息和数据。
2. 双方应保护对方的商业秘密和知识产权，并不得以任何方式将其泄露或侵犯。
3. 双方应建立良好的沟通机制，及时交流合作进展、问题和解决方案，并共同制定应对措施。
4. 双方应严格遵守相关法律法规，遵循商业道德，不得从事任何违法、违规或损害他方利益的行为。
5. 双方应共同承担合作过程中可能发生的风险和损失，并采取必要的措施减少风险的发生。
四、合作方式1. 双方应共同制定合作计划和时间表，并按照计划和时间表履行各自的合作义务。
2. 双方可根据合作需求，派遣专业人员组成合作团队，共同推进合作项目的实施。
3. 双方应定期召开合作会议，就合作进展、问题和解决方案进行讨论，并记录会议纪要。
五、合作权益和利益分配1. 合作期间，双方共同享有合作项目所产生的知识产权和商业利益。
2. 双方应按照约定的方式和比例分配合作项目的收益，并及时结算相关款项。
六、保密条款1. 双方应对合作过程中所涉及的商业秘密和机密信息予以保密，不得向第三方透露或使用。
2. 本保密条款的保密期限为合作期限届满后的五年。
七、违约责任1. 若一方违反本协议的任何条款，给对方造成损失的，应承担相应的违约责任。
2. 一方违约时，对方有权要求违约方立即停止违约行为，并赔偿因此造成的损失。
八、争议解决1. 双方应友好协商解决合作过程中可能发生的争议和纠纷。
GPS差分协议RTCM电文分析与应用_刘智敏
第24卷 第2期 桂林工学院学报 Vol.24No.2 2004年4月 JOURNAL OF GUILIN INS TITUTE OF TEC HNOLOGY Apr 2004文章编号:1006-544X(2004)02-0188-04GPS差分协议RTCM电文分析与应用刘智敏1,2,林文介1,唐卫明2(1 桂林工学院土木工程系,广西桂林 541004;2 武汉大学GPS工程技术研究中心,湖北武汉 430079)摘 要:通过对R TCM电文内容的分析,就应用中R TCM电文的编码方法和存在的问题进行了探讨,根据DGPS所需要达到的区域范围、环境状况以及经济承受力,选择DGP S差分电文R TCM的发送方式;采用奇偶校验码进行校验,以确保所接收电文的正确性;进行字节滚动,以保持R TCM电文的逻辑序列.关键词:DGP S;R TC M;数据格式中图分类号:P228 4;TN919 3 文献标识码:A y差分GPS系统(Differential GPS,简称DGPS)由基准站、数据链和用户3部分组成:基准站的主要功能是获得差分改正数或得到原始观测值;数据链的作用是将基准站的数据信息以某种标准差分协议传输给用户.因此GPS差分协议和差分电文算法是差分GPS系统必须考虑的两个关键性问题.国际海运事业无线电技术委员会(Radio Tech nical Commission for Maritime Services,简称R TC M)于1983年11月为全球推广应用差分GPS业务设立了RTC M SC-104专门委员会,以便论证用于提供差分GPS业务的各种方法,并制定了标准差分协议.它是最早使用的一种国际通用格式,可以用于伪距差分和实时动态GPS(Real Time Kinematic GPS,简称RTK GPS).1994年1月正式公布Ver 2 1版本,增加了与载波相位差分技术相关的电文18~21,以后又不断有新的版本出现[1-4].新版本提高了差分改正数的抗差性能,增大了可用信息量,提高了定位精度.伪距差分的精度由原来版本的8~10m提高到1m左右,载波相位差分可达到c m级精度.1 实时差分GPS定位模型根据差分GPS工作原理,DGPS可分为4类,包括位置差分、伪距差分、广域差分和载波相位差分.伪距差分是在m级精度要求下使用最广的一种技术,几乎所有的商用差分GPS接收机均采用了这种技术.实时差分定位系统中,基准站的坐标精确已知,可以算出星站之间的真实几何距离 j i,基准站的GPS接收机测量出所有可视卫星的伪距 j i,同时收集全部卫星的星历,从而得到观测值的改正数[1]j i(t)= j i(t)- j i(t);(1) j i=(X j s-X i)2+(Y j s-Y i)2+(Z j s-Z i)2;(2) j i(t)= j i(t)+c t i(t)-c t j(t)+ j i I g(t)+ j i T(t).(3)其中:基准站的WGS-84坐标为(X i,Y i,Z i),由星历计算出所有观测到的卫星在信号发射时刻的WGS-84坐标(X j s,Y j s,Z j s); t i(t)为接收机钟差; t j(t)为卫星钟差; j i Ig(t)为电离层折射影响; j i T(t)为对流层折射影响,c为光速.通过数据链将基准站的差分信号传输至用户站,用户站接收、解调后送入用户接收机进行解码和计算.将基准站的改正数作为伪距修正量,以改正用户接收机相应的同步伪距观测量,这里忽略对不同观测站伪距观测量的不同影响,以及不同接收机钟差的变化,近似得y收稿日期:2003-11-18基金项目:广西自然科学基金资助项目(0339072)作者简介:刘智敏(1975-),女,博士研究生,讲师,研究方向:GPS原理、算法及应用.j i(t)= j i(t)- j i(t).(4)应用C/A码得到定位精度,在距离基准站50 ~100km范围内可达m级.随着用户与基准站的距离的增大,与空间相关的误差相关性减小,流动站的定位精度随之迅速降低.2 RTCM SC-104电文内容分析RTC M差分协议由二进制编码的数据流组成.每种电文帧长为(N+2)个字,每个字由30bit 构成,分解为5个6bit的字节,其中电文头2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.第25~30位构成字节5,字节5为奇偶校验码,用于检验接收到的电文信息.在DGPS中常用到的电文类型,以RTC M的Ver2 2版本为例示于表1.表1 Ver2 2中的几种常用RTCM电文类型Table1 Several types of R TC M codes(Ver2 2)电文类型目前状况名 称1固定GPS伪距改正2固定GPS伪距改正的变化量3固定GPS参考站参数RTC M电文中,每种电文的电文头格式和内容完全相同.8个bit的引导字固定为01100110,供用户搜索同步使用,必须通过第1和第2个字的奇偶校验,才能确认该引导字是否正确.帧识别是确定电文的类型.基准站识别给出基准站的序号名称.修正Z计数是时间计数,是电文参数的参考时间,范围仅有1h,用户可根据流动站的时间确定Z计数对应的准确GPS时,与GPS电文的Z 计数不同之处是将其分辨率从6s提高到了0 6s.序号是按下一帧第2个字码逐一增加,帧长是表示接收到的电文的长度,用于电文解码.对序号和帧长解码,可确定下一个引导字的位置.HEALTH为基准站健康状况代码,表示基准站是否正常运行.通用电文格式和内容见图1.电文1是伪距差分中最基本的电文 差分GPS改正数,向用户提供伪距改正数及其变化率.其1bit的比例因子用以标识伪距改正数PRC和伪距改正数变化率RRC的精度,如果编码为0,则表示PRC和RRC的比例因子分别为0 02m和0002m;如果编码为1,则表示PRC和RRC的比例因子分别为0 32m和0 032m.2bit的用户距离误差(UDRE)有4种编码,每种编码代表不同的用户测距误差.卫星标识ID占5bit.伪距改正数PRC和伪距改正数变化率RRC各占8bit.IOD(Is sue of Date)是改正数的数据龄期,占8bit,与GPS中的I OD的意义相同.电文中给出IOD是让用户与GPS导航数据中的星历的数据龄期相比较,如果两者不相匹配,则不能直接使用该组改正数.因此IOD是保证差分定位的关键,以确保用户使用的导航电文与基准站使用的导航电文相同.FILL (表示填充字)在电文中作填充用,RTCM电文每字30bit,如果基准站同时观测到的卫星个数不是3的倍数,则电文的最后1个字就不足30bit,需用填充字来补充.奇偶校验(PARI TY)共占N 6 bit.进行编码时,要注意每24bit插入6bit奇偶校验值,然后余下的不足部分就用填充字来补充至24bit,最后再进行6bit奇偶校验.例如,观测到4颗卫星,则(1+2+5+16+8+8) 4 24=6余16FILL=24-16=8;N=6+1=7此电文1长N+2=9个字,270bit.用户接收到电文1中的内容后,便可对接收到的伪距观测值按(4)式进行改正,应用改正后的伪距进行定位解算.电文2 差分GPS改正数的变化量,如果用户站未能解译出新的星历,而此时基准站已采用了新的星历,则两站所用的星历不一样,此时基准站必须同时播发电文1和电文2,防止定位结果产生较大误差.只有用户接收的星历的IOD与基准站电文1中的IOD相一致后,才能采用新的导航数据.如果用户能及时解译出星历,则电文2可省去.另外,如果基准站在发送使用新星历求出的改正数之前等待约90s[5],让用户有足够的图1 通用电文格式和内容Fi g 1 Format of internation al general R TC M standard d ata codes189第24卷 第2期 刘智敏等:GPS差分协议R TC M电文分析与应用时间来获得新的龄期数据,这样也可以避免发送电文2.电文2的格式和电文1的完全相同,包含了由于卫星导航参数的变化而导致的伪距变率及伪距变率的改变量.电文3 GPS 参考站参数,电文3发送基准站在WGS-84坐标系中的坐标信息(ECEFX,E CE FY,ECE FZ),各占32bit,给定的坐标精度至少到c m 级.该项电文由32 3/24=4个字组成,按顺序发送基准站坐标的3个参数,每个字最后6位是奇偶校验位.3 RTCM SC-104电文编码应用在一些安全要求高、保密性强的工程项目中,采用无线电波以R TC M 电文格式发播自行处理的高精度数据,使特许用户站接收后进行实时差分定位,保证任何状态下的正常运行.目前发送差分电文主要是通过3种方式:低中频的地波、甚高频与超高频传输以及卫星通讯网络.采用低中频地波传输系统,信号越障能力较强,但低频信号受到的干扰及传播中产生的误码也较多,只适于较小范围内数据传输;高频天波传输系统使用电离层与地面反射进行传输,可达到大覆盖面,但是森林、山体、高建筑物有遮挡作用,会形成一定的死角;通讯卫星传播覆盖面广、地面遮挡少,能实现较好的数据广播通信,但是用卫星通讯网络实现DGPS 需要大投入,在我国目前可行性不大.电文信息在这几种传播途径中传输,都会受到各种干扰而产生误码,RTC M 差分电文也不例外.任何电文的遗失或误码都会影响DGPS 的精度,必须采取一定措施确保所接收电文的正确性,才能保证差分定位的精度和可靠性.RTC M 协议采用奇偶校验码对电文进行检验.遵从(30,24)汉明码检错准则,作为一种检错码,奇偶校验码通过增加冗余位使得码字中 1 的个数为奇数或偶数.RTC M 电文中,每30bit 最后6bit 都是奇偶校验位,后面的6位是根据前面的24位以及上一个字的最后两位得到的.图2给出R TC M 中奇偶校验的编码算法,其中:d1,d2,d3 d24是原始的数据信息;D *29,D *30是前一个字的最后两位;D25D30是计算的奇偶校验位;D1,D2 D29,D30是最终发送的信息.RTC M 电文可在标准计算机通用异步收发机UART 间串行传送,如果所用的UART 提供8bit 的字节,则7设置为标志位,8设置为空格,这种编码规则说明对RTC M 每个字只在64~127之间有效.UART 为约定的非同步通讯,首先发送和接收最低有效位.每一个字节在发送前要完成 滚动 ,假设一个字节用d1,d2,d3,d4,d5,d6表示,则滚动的含义是d1和d6,d2和d5,d3和d4进行互换.这在效果上保持了RTC M 电文的逻辑序列,这样在发送媒介中最高有效位优先[2-4].整个编码过程如图3.图2 RTC M 奇偶校验码编码算法[3]Fi g 2 Algorith m of RTC M parity check coding method[3]190桂 林 工 学 院 学 报 2004年图3 RTC M 电文编码流程图Fi g 3 RTC M codin g flow diagram4 结束语DGPS 差分电文RTC M 发送方式的选择,主要根据DGPS 所需要达到的区域范围、环境状况以及经济承受力.差分精度主要靠基准站传输的R TC M 电文进行修正,在传输过程中,对电文的奇偶校验码编码与解码非常重要,对二进制代码进行奇偶校验,只能判断出数据传输过程发生的错误为奇数,因为若发生的次数为偶数,电文中 1 或 0 的个数没变化,而且无法对误码进行修正.在RTC M 电文编码上,如何提高数据的可用率,尚需进一步探讨.参考文献[1]周忠谟,易杰军,周 琪.GPS 卫星测量原理与应用[M].北京:测绘出版社,1995.[2]李洪涛,许国昌,薛鸿印,等.GPS 应用程序设计[M].北京:科学出版社,1999.[3]张九宴.GPS 差分协议及基准站算法研究[D].武汉:武汉大学,2003.[4]王广运,郭秉义,李洪涛.差分GPS 定位技术与应用[M].北京:电子工业出版社,1996.[5]R TC M S pecial Com mittee No 104 RTC M Recom mended Stand ardsFor Differen tial GNSS [S].Analysis and application on RTCM format for d ifferential GPSLIU Zhi min 1,LI N Wen jie 1,TANG Wei ming 2(1 Department o f Civil Engineering,Guilin Institute o f Technology ,Guilin 541004,China;2 Research Center o f GP S ,Wuhan University ,Wuhan 430079,China)Abstract:Real time differential GPS (RTDGPS)technique is widely used to improve positioning accurac y and relia bility.The DGPS informa tion is transmitted to GPS users on a standard data format and received in RTDGPS position ing.R TC M is an international general format and is applied earliest.RTC M data forma t is introduced in detail.Fur thermore,RTC M coding application is discussed:to select different ways to transmit DGPS codes;to take on the RTC M parity check c oding method in order to make sure the correct rate of the DGPS information and to use byte rolling to keep the consecution of RTC M c odes.Key words:DGPS;RTC M;data format191第24卷 第2期 刘智敏等:GPS 差分协议R TC M 电文分析与应用。
GPS协议详解
GPS协议详解协议名称：GPS协议详解一、引言GPS（全球定位系统）是一种通过卫星定位技术来确定地理位置的系统。
本协议旨在详细解释GPS协议的相关内容，包括GPS的工作原理、数据格式、通信协议等。
二、GPS工作原理GPS系统由一组卫星、地面控制站和用户设备组成。
卫星发射GPS信号，地面控制站负责监控卫星状态和校准卫星时钟，用户设备接收卫星信号并计算位置。
三、GPS数据格式1. NMEA 0183NMEA 0183是一种常用的GPS数据格式，包括多种语句类型，如GGA（全球定位系统定位数据）、RMC（推荐最小定位数据）等。
每个语句都以"$"开头，以回车换行符结束。
2. RTCMRTCM（无线电技术委员会）是一种用于差分GPS（DGPS）的数据格式。
它提供了更精确的位置信息，适用于需要更高精度的应用。
四、GPS通信协议1. NMEA 0183协议NMEA 0183协议规定了GPS设备与其他设备之间的通信格式和协议。
它定义了数据的语句类型、字段和校验等内容，使得不同设备之间可以互相通信和交换数据。
2. RTCM协议RTCM协议用于差分GPS，它定义了差分数据的格式和传输方式。
差分GPS 通过接收基准站和卫星信号，计算出误差并传输给用户设备，从而提供更高的定位精度。
五、GPS协议应用1. 车载导航系统GPS协议在车载导航系统中起到关键作用，通过接收卫星信号并解析GPS数据格式，车载导航系统可以准确计算车辆位置并提供导航指引。
2. 航空导航系统GPS协议在航空导航系统中也得到广泛应用。
飞行员可以通过GPS设备获取飞机的准确位置、速度和航向等信息，从而实现精确导航和飞行控制。
3. 船舶导航系统GPS协议在船舶导航系统中用于确定船只的位置和航向，帮助船舶进行导航、航行和定位。
六、GPS协议安全性GPS协议在数据传输和接收过程中存在一定的安全性风险，可能会受到干扰和攻击。
为了提高GPS协议的安全性，需要采取适当的安全措施，如加密数据、验证数据完整性等。
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NMEA-0183$GPGGA例：$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,,0000*1F字段0：$GPGGA，语句ID，表明该语句为Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息字段1：UTC 时间，hhmmss.sss，时分秒格式字段2：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段3：纬度N（北纬）或S（南纬）字段4：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段5：经度E（东经）或W（西经）字段6：GPS状态，0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，3=无效PPS，6=正在估算字段7：正在使用的卫星数量（00 - 12）（前导位数不足则补0）字段8：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）字段9：海拔高度（-9999.9 - 99999.9）字段10：地球椭球面相对大地水准面的高度字段11：差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空）字段12：差分站ID号0000 - 1023（前导位数不足则补0，如果不是差分定位将为空）字段13：校验值$GPGSA例：$GPGSA,A,3,01,20,19,13,,,,,,,,,40.4,24.4,32.2*0A字段0：$GPGSA，语句ID，表明该语句为GPS DOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息字段1：定位模式，A=自动手动2D/3D，M=手动2D/3D字段2：定位类型，1=未定位，2=2D定位，3=3D定位字段3：PRN码（伪随机噪声码），第1信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段4：PRN码（伪随机噪声码），第2信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段5：PRN码（伪随机噪声码），第3信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段6：PRN码（伪随机噪声码），第4信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段7：PRN码（伪随机噪声码），第5信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段8：PRN码（伪随机噪声码），第6信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段9：PRN码（伪随机噪声码），第7信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段10：PRN码（伪随机噪声码），第8信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段11：PRN码（伪随机噪声码），第9信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段12：PRN码（伪随机噪声码），第10信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段13：PRN码（伪随机噪声码），第11信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段14：PRN码（伪随机噪声码），第12信道正在使用的卫星PRN码编号（00）（前导位数不足则补0）字段15：PDOP综合位置精度因子（0.5 - 99.9）字段16：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）字段17：VDOP垂直精度因子（0.5 - 99.9）字段18：校验值$GPGSV例：$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,,13,32,252,45*70字段0：$GPGSV，语句ID，表明该语句为GPS Satellites in View（GSV）可见卫星信息字段1：本次GSV语句的总数目（1 - 3）字段2：本条GSV语句是本次GSV语句的第几条（1 - 3）字段3：当前可见卫星总数（00 - 12）（前导位数不足则补0）字段4：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）字段5：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）字段6：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）字段7：信噪比（00－99）dbHz字段8：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）字段9：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）字段10：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）字段11：信噪比（00－99）dbHz字段12：PRN 码（伪随机噪声码）（01 - 32）（前导位数不足则补0）字段13：卫星仰角（00 - 90）度（前导位数不足则补0）字段14：卫星方位角（00 - 359）度（前导位数不足则补0）字段15：信噪比（00－99）dbHz字段16：校验值$GPRMC例：$GPRMC,024813.640,A,3158.4608,N,11848.3737,E,10.05,324.27,150706,,,A*50字段0：$GPRMC，语句ID，表明该语句为Re mended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推荐最小定位信息字段1：UTC时间，hhmmss.sss格式字段2：状态，A=定位，V=未定位字段3：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段4：纬度N（北纬）或S（南纬）字段5：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段6：经度E（东经）或W（西经）字段7：速度，节，Knots字段8：方位角，度字段9：UTC日期，DDMMYY格式字段10：磁偏角，（000 - 180）度（前导位数不足则补0）字段11：磁偏角方向，E=东W=西字段16：校验值$GPVTG例：$GPVTG,89.68,T,,M,0.00,N,0.0,K*5F字段0：$GPVTG，语句ID，表明该语句为Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息字段1：运动角度，000 - 359，（前导位数不足则补0）字段2：T=真北参照系字段3：运动角度，000 - 359，（前导位数不足则补0）字段4：M=磁北参照系字段5：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）字段6：N=节，Knots字段7：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）字段8：K=公里/时，km/h字段9：校验值$GPGLL例：$GPGLL,4250.5589,S,14718.5084,E,092204.999,A*2D字段0：$GPGLL，语句ID，表明该语句为Geographic Position（GLL）地理定位信息字段1：纬度ddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段2：纬度N（北纬）或S（南纬）字段3：经度dddmm.mmmm，度分格式（前导位数不足则补0）字段4：经度E（东经）或W（西经）字段5：UTC时间，hhmmss.sss格式字段6：状态，A=定位，V=未定位字段7：校验值NMEA0183数据如下：$GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7, M,,0000*77$GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306 ,,,A*54$GPVTG,359.95,T,,M,15.15,N,28.0,K,A*04$GPGGA,121253.000,3937.3090,N,11611.6057,E,1,06,1.2,44.6,M,-5.7, M,,0000*72$GPGSA,A,3,14,15,05,22,18,26,,,,,,,2.1,1.2,1.7*3D$GPGSV,3,1,10,18,84,067,23,09,67,067,27,22,49,312,28,15,47,231,3 0*70$GPGSV,3,2,10,21,32,199,23,14,25,272,24,05,21,140,32,26,14,070,2 0*7E$GPGSV,3,3,10,29,07,074,,30,07,163,28*7D说明：NMEA0183格式以“$”开始，主要语句有GPGGA，GPVTG，GPRMC等1、GPS DOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7><cr></cr>< lf></lf><1>模式：M = 手动， A = 自动。
<2>定位型式 1 = 未定位， 2 = 二维定位， 3 = 三维定位。
<3>PRN 数字：01 至 32 表天空使用中的卫星编号，最多可接收12颗卫星信息。
<4> PDOP位置精度因子（0.5~99.9）<5> HDOP水平精度因子（0.5~99.9）<6> VDOP垂直精度因子（0.5~99.9）<7> Checksum.(检查位).2、GPS Satellites in View（GSV）可见卫星信息$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,?<4>,<5>,<6>,<7>,<8><cr></cr> <lf></lf><1> GSV语句的总数<2> 本句GSV的编号<3> 可见卫星的总数，00 至 12。
<4> 卫星编号， 01 至 32。
<5> 卫星仰角， 00 至 90 度。
<6> 卫星方位角， 000 至 359 度。
实际值。
<7> 讯号噪声比（C/No）， 00 至 99 dB；无表未接收到讯号。