GPS 是英文Global Positioning System（定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱，而其中文簡(jiǎn)稱為“球位系”。GPS是20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、 全天候和性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國(guó)獨(dú)霸戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年3月，覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。在機(jī)械領(lǐng)域GPS則有另外一種含義：產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（Geometrical Product Specifications）-簡(jiǎn)稱GPS。

　　本文基于X60 RTK接收機(jī)，采用VC開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了RTCM解碼軟件，為下一步進(jìn)行高差分定位解算算法研究和DGPS接收機(jī)研制工作提供基礎(chǔ)。

　　1 RTCM SC-104導(dǎo)航電文簡(jiǎn)介

　　RTCM SC-104是商用DGPS接收機(jī)的通用數(shù)據(jù)格式，該格式與ICD-GPS-200規(guī)定的GPS導(dǎo)航電文的字格式、奇偶校驗(yàn)規(guī)則相同，不同在于GPS電文中各子幀長(zhǎng)度是固定的，而RTCM SC-104電文長(zhǎng)度是可變的。RTCM電文結(jié)構(gòu)包括2個(gè)字頭，后接n個(gè)數(shù)據(jù)字，每字長(zhǎng)為30 bit，RTCM SC-104共包括21類63種電文。

　　1.1電文1

　　電文1是RTCM電文中基本的電文，向用戶提供偽距改正數(shù)及其變化率，其內(nèi)容格式如表1所示。

　　其中，S為比例因子，是標(biāo)識(shí)偽距改正數(shù)PRC和偽距改正數(shù)變化率RRC的比例尺度；U表示用戶測(cè)距誤差，有4種編碼，每種編碼代表不同的用戶測(cè)距誤差；衛(wèi)星ID 號(hào)指衛(wèi)星的編號(hào)；PRC指?jìng)尉喔恼龜?shù)；RRC指?jìng)尉喔恼龜?shù)變化率，都是用來(lái)修正誤差的。

　　IOD是改正數(shù)的數(shù)據(jù)齡期，與GPS中IOD意義相同。如果不相同，則不能直接使用該組改正數(shù)，因此IOD是保證差分定位的關(guān)鍵，以確保用戶使用的導(dǎo)航電文與基準(zhǔn)站使用的導(dǎo)航電文相同。

　　1.2 電文2

　　電文2的格式和電文1完全相同， 包含了衛(wèi)星導(dǎo)航參數(shù)的變化所導(dǎo)致的偽距變率及偽距變率的改變量。如果用戶站未能解譯出新的星歷，而此時(shí)基準(zhǔn)站已采用了新的星歷，則兩站所用的星歷不一樣，此時(shí)基準(zhǔn)站必須同時(shí)播發(fā)電文1和電文 2，防止定位結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。

　　1.3 電文3

　　電文3是GPS參考站參數(shù)，用于發(fā)送基準(zhǔn)站在 WGS-84 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)信息 ，各占32 bit，給定的坐標(biāo)至少到cm級(jí)。該項(xiàng)電文由 32×3/ 24 = 4 個(gè)字組成， 按順序發(fā)送基準(zhǔn)站坐標(biāo)的3個(gè)參數(shù)，每個(gè)字6位是奇偶校驗(yàn)位。

　　2  RTCM電文解碼方案設(shè)計(jì)

　　2.1 VC++平臺(tái)簡(jiǎn)介

　　本軟件主要基于VC++平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，電文的接收用到了VC++中的MSCOMM控件。MSCOMM件提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通信命令的接口，它允許建立串口連接，可以連接到其他通信設(shè)備（如Modem）。還可以發(fā)送命令、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以及監(jiān)視和響應(yīng)在通信過(guò)程中可能發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事件，從而可以用它創(chuàng)建全雙工 、事件驅(qū)動(dòng)的、高效實(shí)用的通信程序。但在實(shí)際通信軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，MSComm控件并非像想像中那樣完美和容易控制。特別是在中文Wln 95／98下通信時(shí)更會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。MSCOMM控件提供了2種處理通信的方式：事件驅(qū)動(dòng)方式和查詢方式。事件驅(qū)動(dòng)方式相當(dāng)于一般程序設(shè)計(jì)中的中斷方式。當(dāng)串口發(fā)生事件或錯(cuò)誤時(shí)，MSCOMM控件會(huì)產(chǎn)生OnComm事件，用戶程序可以捕獲該事件進(jìn)行相應(yīng)處理。

　　2.2 RTCM電文解碼方案

　　解碼過(guò)程可利用電文字頭中的先導(dǎo)字01100110進(jìn)行同步，主要有如下5個(gè)步驟。

　?。?）字節(jié)掃描。傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，通常采用“6/8”格式的方式。每8 bit數(shù)據(jù)中僅低6 bit是有效位，第7位為標(biāo)志位“1”，第8位為空格“0”。接收到的數(shù)據(jù)必須先取低6位，然后判斷這低6位是不是在64和127之間，如果不是則丟棄這個(gè)數(shù)據(jù)。

　?。?）字節(jié)滾動(dòng)。由于GPS設(shè)備多數(shù)采用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化研究所制定的ANSI X3.16和X3.15型標(biāo)準(zhǔn)接口，故連接到計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串口RS-232上的時(shí)候需要進(jìn)行“字節(jié)滾動(dòng)”。

　?。?）取補(bǔ)碼。當(dāng)前一個(gè)碼字一個(gè)比特D30*為1時(shí)，必須對(duì)當(dāng)前這個(gè)字碼的前4個(gè)字節(jié)取補(bǔ)碼；如果D30*為0，則保持不變。奇偶校驗(yàn)位則不必取補(bǔ)碼。

　?。?）找引導(dǎo)字。尋找RTCM通用電文引導(dǎo)字（01100110或10011001），進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，通過(guò)同步完成，否則繼續(xù)找引導(dǎo)字。

　?。?）電文解碼。根據(jù)幀長(zhǎng)度，按相應(yīng)電文格式解碼，主要包括比例因子、用戶測(cè)距誤差、衛(wèi)星號(hào)、PRC等參數(shù)。

　　具體解碼流程圖如圖1所示。

　　3 RTCM數(shù)據(jù)采集及解碼器實(shí)現(xiàn)

　　3.1 RTCM數(shù)據(jù)采集及解碼器介紹

　　本系統(tǒng)基于Windows操作系統(tǒng)，利用VC++編程實(shí)現(xiàn)RTCM導(dǎo)航電文解碼，它既能從差分基準(zhǔn)站接收數(shù)據(jù)，又能從數(shù)據(jù)文件讀取數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)和解碼結(jié)果將被顯示及存儲(chǔ)，解碼結(jié)果包括各顆衛(wèi)星所包含的參數(shù)。

　　3.2 RTCM數(shù)據(jù)采集及解碼器實(shí)現(xiàn)

　　圖2為數(shù)據(jù)解調(diào)子界面，主要有接收回顯窗和解碼顯示窗2部分，其中接收回顯窗顯示各模塊原始數(shù)據(jù)，解碼顯示窗顯示解碼結(jié)果。

　　3.3 關(guān)鍵代碼介紹

　　程序的關(guān)鍵在于對(duì)接收到的差分?jǐn)?shù)據(jù)解碼，根據(jù)2.2節(jié)的解碼方案設(shè)計(jì)，以電文1為例，程序關(guān)鍵代碼如下：

　　for（ i=0;i<N-10;i++）                //找引導(dǎo)字

　　{

　　int dxj=b[i]*4+（b[i+1]-bitshift2（b[i+1],4））/16;

　　if（dxj==102||pow（2,8）-1-dxj==102） //找到引導(dǎo)字

　　{  type=getbit（b[i+1],1,4）*4+getbit（b[i+2],5,6）；                //電文類型

　　if（bitshift2（b[i+4],1）==1）

　　//如D30*等于1，則對(duì)后面4個(gè)字節(jié)取補(bǔ)碼

　　{……}

　　else {i=i+5;}

　　//如果D30*不等于1，則不做任何處理

　　zt=（b[i]*pow（2,7）+b[i+1]*2+（b[i+2]-bitshift2（b[i+2],5））/32）*0.6;            // z計(jì)數(shù)

　　xuhao=getbit（b[i+2],3,5）；          //序號(hào)

　　changdu=getbit（b[i+2],1,2）*8+getbit（b[i+3],4,6）；   //幀長(zhǎng)

　　health=getbit（b[i+3],1,3）；                      //健康度

　　int d1=i+5;

　　if（type==1||type==62）         　　 //如果是電文1

　　{   int cc=0;

　　while（1）

　　//計(jì)算電文1除頭碼之外的長(zhǎng)度cc

　　{ … }

　　while（i+5<10+cc-1）                 //5個(gè)字碼（3顆衛(wèi)星所有參數(shù)）循環(huán)

　　{

　　……      //判斷是否取補(bǔ)碼，解比例因子、用戶測(cè)距誤差、衛(wèi)星號(hào)、PRC

　　k=k+3;       //每解完3顆衛(wèi)星的信息便循環(huán)

　　}

　　}                                           //if type=1

　　}           　　　　　　　　　     //if  找到引導(dǎo)字

　　if （d2==1）  break;           　　　// 如果到了電文結(jié)尾，則結(jié)束

　　}                                               　//for

　　4 結(jié)果分析

　　整個(gè)軟件測(cè)試工作是在華東交通大學(xué)信息工程學(xué)院的2樓信息技術(shù)研究所進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于X60差分GPS接收機(jī)進(jìn)行，接收天線安裝在信息學(xué)院樓頂。解碼結(jié)果如表2~表4所示。

　　將以上誤差數(shù)據(jù)對(duì)自行研制接收機(jī)輸出結(jié)果進(jìn)行修正，結(jié)果如圖3所示。

　　由圖3中結(jié)果可看出，其海拔高度的定位誤差在1 m內(nèi)，經(jīng)度、緯度定位誤差分別在10-6度和10-7度，比單頻偽距GPS接收機(jī)的定位好。通過(guò)利用基準(zhǔn)站進(jìn)行差分?jǐn)?shù)據(jù)傳送進(jìn)行的定位結(jié)果可以達(dá)到1 m左右定位，結(jié)果進(jìn)一步證明了解碼方法及結(jié)果的正確性。

　　本文基于X60試驗(yàn)平臺(tái)，開發(fā)了RTCM SC-104導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)采集及解碼器。本軟件再加上其他相關(guān)軟件可進(jìn)行差分基站設(shè)計(jì)，可充分利用PC編程資源進(jìn)行開發(fā)工作。該算法在自行研制的GPS接收機(jī)上運(yùn)行，已獲得了較好的定位，為下一步進(jìn)行實(shí)時(shí)DGPS接收機(jī)研制提供了基礎(chǔ)。