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常用GPS差分电文的比较

时间:2012-11-29浏览:责任编辑:四川拓图测绘仪器

随着GPS 定位技术的不断发展和使用的普及,用户对GPS 定位的精度要求越来越高。采用差分GPS 定位技术可使GPS 定位精度达到米级以至亚米级。实时动态测量技术的定位精度虽然能够达到厘米级,但其精度受到距离的限制。网络RTK 的发展弥补了常规RTK测量的不足,用户可以在网络覆盖的范围内,自由地使用RTK数据。无论是差分GPS,常规RTK 还是网络RTK都需要传送差分改正数据。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。

一、差分电文与差分协议的分类与现状

1.1、差分电文算法

从80 年代,国内外的学者就开始研究实时差分GPS 中的改正数的算法问题,经过将近二十年的发展,目前已提出多种不同的计算方法。根据使用的观测值类型区分,主要包括以下三种:

⑴ 伪距观测值计算差分改正数

用原始伪距观测值直接计算差分改正信息,最早在1989年,Loomis.P和Kremer.G在Correction Algorithm for Differential GPS Refrrence Station 中介绍了这种算法,另外RTCMSC-104 DGPS StandardVersion 2.1中也提到了这种算法。

⑵ 载波平滑伪距观测值计算差分改正数

由于载波相位观测值的噪声要比伪距观测值的小得多,基础这个原因,利用载波相位观测值平滑伪距,再利用平滑后的伪距求解差分改正数,可以有效的提高改正数的精度。

⑶ 伪距和载波历元单差计算差分改正数

这种方法的主要特征是对载波相位观测值在历元间做差,并作为观测值,此观测值和伪距观测值在一起利用卡尔曼滤波模型求出差分改正数,最早是由Loomis在1986 年提出。

1.2、差分协议的分类与现状

随着差分技术的发展,国际不同的组织制定了多种标准差分协议,常用的差分协议主要有下面几种:

⑴ RTCM(Radio technical commission formaritimeservice )差分协议

国际海运事业无线电技术委员会(RTCM)于1983年11月,为全球应用差分GPS业务成立了SC-104专门委员会,以便论证用于差分GPS业务的各种方法,并制定了RTCM104 差分电文标准协议。

⑵ RTCA(Radio technical commission for aeronautic service)差分协议

为了满足局域差分系统(Local area dgpa-ladgps)和广域增强系统(Wide areaaugmentation system-waas)的技术要求,航空无线电技术委员会(rtca)的129 专门委员会(sc-159)制定了RTCA SC-159差分电文标准协议。RTCA针对LADGPS的第一类专用(SCAT)电文协议于1993年4月公布,针对WAAS的规范草案于1994年公布。

⑶ 专门用于实时动态定位的CMR(COMPACTMEASUREMENTRECORD)差分协议

以上几种差分协议中,目前使用最广泛的是CMR、RTCM标准协议。但是由于现代定位技术的不断发展,原有的差分协议并不能完全满足它们的需求。因此,出现了扩展差分协议。

二、各差分协议的发展与对比

2.1、RTCM SC-104 GPS差分协议

RTCM 数据格式从1985 年至今依次发布了V1.0、V2.0、V2.1、V2.2、V2.3、V3.0、RTCM++、RTCM-Adv等版本。

  • V1.0 和V2.0 版本只有伪距差分的信息,没有载波相位的信息,主要是为导航服务;
  • V2.1 版本增加了与载波相位差分技术相关的电文,其他的和V2.0 相同;
  • V2.2 版本和Ver2.1 版本相比较,主要增加了支持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;
  • V2.3 版本增加了电文23 和24;
  • V3.0 增加了用于传输网络差分改正数的电文;
  • RTCM++版本减 少或压缩了原有的数据,提高了定位的精度;
  • RTCM-Adv增加了可设置密码的功能和传输区域改正数的功能。

纵观RTCM差分协议的发展,每一种新的版本的出现都是由于差分GPS技术的发展,对数据协议有了新的需求,新的版本提高了差分改正数的抗差性能,增加了可用信息量,提高了定位精度,伪距差分的精度由原来版本的8-10m 提高到了1m 左右,载波相位差分可达到厘米级精度。

2.2、CMR GPS差分协议

众所周知,在数据通讯中的通讯速率是有限的,因此在数据传输设计中应尽量减小传输数量。因此要减小传输数据量要求有一种新的差分协议。在这种情况下,TRIMBLE提出了一种新的GPS差分协议CMR、CMR+。CMR格式的电文码发送率只有RTCM的一半,RTCM标准协议要求带宽必须高于4800b/s,通常采用9600b/s,CMR采用2400b/s就足够了。但它的数据信息和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的压缩处理。

2.3、RTCAGPS 差分协议

为了满足空中用户对GPS应用提出的要求,美国联邦航空局FAA开发了LADGPS系统和WAAS系统,相应的产生了RTCA SC-159 GPS差分协议用以传输差分改正数。

RTCA针对LADGPS的第一类专用协议(SCAT-1)于1993年4 月公布,针对WAAS系统的规范草案于1994年公布。LADGPS电文只提供可视卫星的综合改正信息,而RTCA电文包含所有卫星(包括GPS和GLONASS卫星)的独立改正信息、星历改正信息、电离层改正信息以及禁止使用某些卫星的报警信息;传输数据的数据链方面,LADGPS是通过新表态,而WAAS电文是通过地球同步卫星发送给空中用户;电文可是方面,WAAS电文没真的长度固定不变,规定为为250bits,而LADGPS的电文中,由于电文的类型不同或是接收到的卫星的个数不同,电文长度随着变化。

2.4、RTCM和CMR的比较分析

相同点:RTCM和CMR作为两种均能应用于陆地和海上差分系统的差分协议,有它们的相同之处。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。

不同点:CMR和RTCM虽然具有上面提到的相同指出,但是作为两种不同的差分GPS协议更多的是他们的不同之处,下面从几个方面谈谈它们的不同之处。

⑴ 发送的电文内容不同

尽管RTCM和CMR发送的信息都包含了原始观测值,但其形式却完全不同。RTCM发送的均是原始观测值,而CMR发送的是经过压缩处理后的数据,数据量也比直接的原始观测值小的多,这样减少了在单位时间内发送的数据量。另外,有关基准站的信息,两种协议也完全不同。

⑵ 电文的编码方式不同

CMR 只在每种电文末用1 个字节进行校验,而RTCM是在每个字节末用6Bits进行奇偶校验,即每30Bits 就有6 Bits用于奇偶校验,这样有很多的字节用于奇偶校验,增加了电文数据量。另外,由于发送时是以字节为单位,即RTCM的每6位要用8 位发送,用户接受后要在去掉两个最高位,这样也增加了电文数据量。

⑶ 电文长度不同

电文长度不同是他们的最大不同点,在进行RTK测量时,RTCM协议中使用的是3.1819和22这四种电文,CMR协议使用的是0,1和2三种电文。

⑷ 对于数据链的数据传输速率要求不同

TRIMBLE制定CMR标准是最主要的目的是降低数据链的宽带,并采取了上面谈到的几点措施,使CMR的宽带只有RTCM的一半,RTCM要求数据链的宽带不低于4800B/S,而CMR要求2400B/S的宽带就够了。

⑸ 实验证明CMR的定位速度远比RTCM快。

综上所述、我们可以清楚的分辨出这几种协议的发展概况、电文格式及时它们之间的异同点。其中RTCM和CMR主要用于局域差分系统,而RTCA的WAAS协议是用于高精度广域差分系统,局域差分系统中,用户的定位精度和用户离参考站的距离有关,距离跃进精度越高;广域差分系统中,用户的定位精度则不受距离限制。在进行RTK动态定位时,既可采用RTCM协议也可采用CMR协议,但它们对数据链的要求不同,CMR协议要求的数据传输率只有RTCM的一半,同时CMR定位的速度比RTCM快,选择CMR协议更适合。

信息标题:常用GPS差分电文的比较

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