РТЦМ СК-104

RTCM SC-104 — это протокол связи для отправки дифференциального GPS (DGPS) на приемник GPS из вторичного источника, например радиоприемника. Стандарт назван в честь Специального комитета 104 Радиотехнической комиссии по морским службам (RTCM), который его создал. Формат не определяет источник сообщений и использовался в таких разнообразных системах, как длинноволновое морское радио, спутниковое вещание связи 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 стандартизированного двухкадрового заголовка, за которым следовал один или несколько кадров данных. Кадры были разработаны так, чтобы быть похожими на GPS, чтобы упростить интеграцию в GPS-приемники, но имели недостаток в виде низкой эффективности канала и ограничения количества сообщений, которые можно было отправить за определенное время.

Совершенно новый формат сообщений был представлен в 2003 году для версии 3 стандарта, которая использовала формат переменной длины для повышения эффективности и увеличения количества сообщений, которые можно было отправить, что было важно для поправок GPS в реальном времени. Новый стандарт также значительно увеличил количество возможных типов сообщений. В рамках процесса стандартизации наименование стандарта было изменено, и версия 3.1 стала стандартом RTCM 10403.1 . По состоянию на 20 мая 2021 года ^{[обновлять]}последней версией является 3.3, или 10403.3, с поправками 1 и 2.

RTCM SC-104 — не единственный стандарт для DGPS; Trimble представил формат Compact Measurement Record (CMRx) для той же базовой цели, и есть несколько других похожих стандартов, используемых для специальных целей. Большинство из них вышли из употребления с введением 10403.1.

Оригинальная работа SC-104 была опубликована в качестве предварительного стандарта в 1985 году, но так и не была широко принята. Она была заменена версией 2, которая очень похожа. ^[1]

Версия RTCM 2 была выпущена в январе 1990 года и в последний раз обновлена ​​до версии 2.3, выпущенной в августе 2001 года. ^[1]

RTCM версии 2 основан на наборе фиксированной длины 30-битных «слов», которые связываются 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 формата 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 стартовым битом 1 и конечным стоповым битом 0, чтобы сформировать единое 8-битное значение, подходящее для использования в последовательных каналах на основе ASCII и подобных. Данные кодируются в формате наиболее значимых бит , 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-count, единицы времени в GPS, 3-битного порядкового номера, гарантирующего сортировку кадров, если они приходят не по порядку, пятибитной длины, которая подсчитывает общее количество слов в кадре, включая заголовок, и трехбитного кода «здоровья станции», где 111 указывает на то, что станция работает неправильно. ^[3]

Всего было разрешено 64 типа сообщений, хотя некоторые из них были намеренно оставлены неиспользованными для будущего расширения или форматов, которые редко использовались и позже были заброшены. Первоначальный стандарт включает шесть форматов сообщений: 1 для данных коррекции, 2 для обновления предыдущих коррекций, 3, которые предоставляли местоположение измерительной станции, 6 как пустое сообщение для заполнения неиспользуемых слотов, 16, которые включали произвольные 90 символов ASCII для отправки тестовых сообщений, и 59, для фирменных сообщений, используемых поставщиками оборудования. ^[3]

Тип 1 представлял собой полный набор поправок DPGS, который транслировался наземной станцией для всех спутников в поле ее 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. Поправка одного спутника начиналась с 1-битного «масштабного коэффициента» (S) и 2-битной «ошибки дифференциального диапазона пользователя» (UDRE), затем 5-битного идентификатора спутника. Сама поправка состояла из двух частей: 16-битной «поправки псевдодальности» (PRC) и 8-битной «поправки скорости изменения дальности» (RRC), и, наконец, 8-битного номера «выпуска данных». ^[3]

Это, как правило, делало сообщения типа 1 довольно длинными, например; кадр для станции с пятью видимыми спутниками использует одиннадцать 30-битных слов, оставляя 16 бит пустыми в конце последнего слова. Эти биты заполняются чередующимися 1 и 0, чтобы избежать путаницы с преамбулой. Более короткие сообщения являются целью сообщения типа 2, которое используется для отправки периодических обновлений существующих поправок в более компактной форме. Тип 3 используется для периодической отправки местоположения наземной станции, позволяя приемникам выбирать подходящие места. ^[3]

В 1992 году группа собралась, чтобы рассмотреть вклад пользователей, работающих с фазовым сравнением GPS (RTK), который обеспечивает 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 предоставил альтернативу типам 1 и 2 и стал одним из наиболее широко используемых форматов. Версия 2.2 1997 года добавила типы 31–37 для поддержки ГЛОНАСС , причем типы 31 и 32 были эквивалентны типам 1 и 2 для GPS. Последнее обновление, 2.3 2001 года, добавило 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]

Вследствие пакетов фиксированной ширины и значительных накладных расходов на исправление ошибок версия 2 была не особенно эффективна. Хотя это не было проблемой для большинства применений DGPS, это сделало ее плохим выбором для RTK, который имеет относительно высокую нагрузку сообщений. По этой причине Trimble представил свой собственный формат Compact Measurement Record (CMR) в 1996 году и обновленный CMR+ в следующем году. ^[4] Кроме того, ряд особенностей формата пакета, в частности, способ, которым система четности полагалась на слова, прибывающие по порядку, сделали его непригодным для некоторых систем распределения, в частности, Интернета , а внедрение новых систем, таких как Galileo и BeiDou , означало, что формат исчерпал возможные форматы сообщений. ^[3]

Версия RTCM 3, первоначально выпущенная в феврале 2004 года, ^[5] является текущей и постоянно развивающейся версией стандарта RTCM. В отличие от 2.3, версия 3.x использует формат сообщения переменной длины и один 24-битный циклический избыточный контроль (CRC) для всего сообщения вместо 6-битного контроля 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, которая позволяет использовать до 1024 байт данных. Сообщение, каждое из которых имеет свой собственный частный заголовок и данные, следует за заголовком и затем ограничивается CRC. Экономия данных, особенно в случае RTK, значительна, набор исправлений RTK версии 3, как правило, вдвое короче версии 2. ^[6]

Кроме того, версия 3 группирует сообщения вместе со связанными данными вместо отправки отдельных сообщений для выполнения той же задачи. Например, в версии 2 отправка полного сообщения RTK требовала сообщения типа 18 для поправок и 19 для измерений псевдодальности, тогда как в версии 3 эта информация объединена в один тип 1003. Для тех же типов информации определены несколько типов сообщений для дальнейшего повышения эффективности; тип 1001 содержит данные GPS только на частоте L1, в то время как 1002 добавляет различную дополнительную информацию, в то время как 1003 и 1004 делают то же самое с данными как L1, так и L2 для тех станций, которые могут использовать преимущества второго носителя. ^[7]

Первоначальный релиз 3.0 определял 13 типов сообщений, с 1001 по 1013. 1002 содержал сведения об измерениях L1 GPS, в то время как 1004 содержал как L1, так и L2. 1010 и 1012 были эквивалентами для ГЛОНАСС. 1013 содержал различные сведения о системе, включая номер недели GPS. 1005, 1006 и 1007 содержали сведения о станции, причем 1007 добавлял высоту антенны. Позиционные сообщения, либо 1002 или 1004 и 1010 или 1012, отправляются с любой конкретной станции примерно раз в секунду. Сведения о станции составляют порядка 20-30 секунд. ^[8]

Набор вскоре был расширен за счет включения 1019, содержащего эфемериды GPS, которые обеспечивают обновления орбиты и могут использоваться для более быстрого захвата сигналов GPS. 1020 является эквивалентом эфемерид ГЛОНАСС. Они, как правило, редки, поскольку та же информация также периодически отправляется самими спутниками. Гораздо более поздние дополнения добавили эфемериды для Galileo F (1045) и I (1046), QZSS (1044) и BeiDou (1042). ^[8] Еще одним важным дополнением к системе являются представление пространства состояний (SSR), которые используются для периодического обновления информации о спутниках, и сообщения о нескольких сигналах (MSM), которые позволяют объединять данные из 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 путем перемещения приемников. ^[8]

• NMEA0183

• Соареш, Мануэль; 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). Trimble. Июнь 2009 г.
• 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.
• «RTCM Версия 3.0». Новател . Август 2020.
• "Шпаргалка по сообщениям RTCM 3". SNIP . 15 марта 2016 г.
• Хео, Йонг; Ян, Томас; Лим, Самсунг; Ризос, Крис (1–3 декабря 2009 г.). Международные стандартные форматы и протоколы данных GNSS в реальном времени . Симпозиум IGNSS Международного общества глобальных навигационных спутниковых систем 2009 г. CiteSeerX  10.1.1.158.7026 .
• Чан, Эдди; Бачу, Джордж (11 мая 2012 г.). Введение в беспроводную локализацию: с примерами iPhone SDK. John Wiley & Sons. ISBN 9781118298541.
• Борискин, Алексей; Козлов, Дмитрий; Зырянов, Глеб (17–21 сентября 2012 г.). Многосигнальные сообщения RTCM: новый шаг в стандартизации данных ГНСС. Труды 25-го Международного технического совещания Спутникового отделения Института навигации. С. 2947–2955.