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閱讀：987發(fā)布時(shí)間：2021-9-23
隨著GPS 定位技術(shù)的不斷發(fā)展和使用的普及，用戶對(duì)GPS 定位的精度要求越來(lái)越高。采用差分GPS 定位技術(shù)可使GPS 定位精度達(dá)到米級(jí)以至亞米級(jí)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的定位精度雖然能夠達(dá)到厘米級(jí)，但其精度受到距離的限制。網(wǎng)絡(luò)RTK 的發(fā)展彌補(bǔ)了常規(guī)RTK測(cè)量的不足，用戶可以在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍內(nèi)，自由地使用RTK數(shù)據(jù)。無(wú)論是差分GPS，常規(guī)RTK 還是網(wǎng)絡(luò)RTK都需要傳送差分改正數(shù)據(jù)。差分GPS 系統(tǒng)(Differential GPS ，簡(jiǎn)稱DGPS) 由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)鏈和用戶3 部分組成：基準(zhǔn)站的主要功能是獲得差分改正數(shù)或得到原始觀測(cè)值；數(shù)據(jù)鏈的作用是將基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)信息以某種標(biāo)準(zhǔn)差分協(xié)議傳輸給用戶。因此GPS 差分協(xié)議和差分電文算法是差分GPS 系統(tǒng)必須考慮的兩個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。
一、差分電文與差分協(xié)議的分類與現(xiàn)狀
1.1、差分電文算法
從80 年代，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者就開(kāi)始研究實(shí)時(shí)差分GPS 中的改正數(shù)的算法問(wèn)題，經(jīng)過(guò)將近二十年的發(fā)展，目前已提出多種不同的計(jì)算方法。根據(jù)使用的觀測(cè)值類型區(qū)分，主要包括以下三種：
⑴ 偽距觀測(cè)值計(jì)算差分改正數(shù)
用原始偽距觀測(cè)值直接計(jì)算差分改正信息，在1989年，Loomis.P和Kremer.G在Correction Algorithm for Differential GPS Refrrence Station 中介紹了這種算法，另外RTCMSC-104 DGPS StandardVersion 2.1中也提到了這種算法。
⑵ 載波平滑偽距觀測(cè)值計(jì)算差分改正數(shù)
由于載波相位觀測(cè)值的噪聲要比偽距觀測(cè)值的小得多，基礎(chǔ)這個(gè)原因，利用載波相位觀測(cè)值平滑偽距，再利用平滑后的偽距求解差分改正數(shù)，可以有效的提高改正數(shù)的精度。
⑶ 偽距和載波歷元單差計(jì)算差分改正數(shù)
這種方法的主要特征是對(duì)載波相位觀測(cè)值在歷元間做差，并作為觀測(cè)值，此觀測(cè)值和偽距觀測(cè)值在一起利用卡爾曼濾波模型求出差分改正數(shù)，是由Loomis在1986 年提出。
1.2、差分協(xié)議的分類與現(xiàn)狀
隨著差分技術(shù)的發(fā)展，國(guó)際不同的組織制定了多種標(biāo)準(zhǔn)差分協(xié)議，常用的差分協(xié)議主要有下面幾種：
⑴ RTCM（Radio technical commission formaritimeservice ）差分協(xié)議
國(guó)際海運(yùn)事業(yè)無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)（RTCM）于1983年11月，為應(yīng)用差分GPS業(yè)務(wù)成立了SC-104專門委員會(huì)，以便論證用于差分GPS業(yè)務(wù)的各種方法，并制定了RTCM104 差分電文標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
⑵ RTCA（Radio technical commission for aeronautic service）差分協(xié)議
為了滿足局域差分系統(tǒng)（Local area dgpa-ladgps）和廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（Wide areaaugmentation system-waas）的技術(shù)要求，航空無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)(rtca)的129 專門委員會(huì)（sc-159）制定了RTCA SC-159差分電文標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。RTCA針對(duì)LADGPS的類專用（SCAT）電文協(xié)議于1993年4月公布，針對(duì)WAAS的規(guī)范草案于1994年公布。
⑶ 專門用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位的CMR（COMPACTMEASUREMENTRECORD）差分協(xié)議
以上幾種差分協(xié)議中，目前使用泛的是CMR、RTCM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。但是由于現(xiàn)代定位技術(shù)的不斷發(fā)展，原有的差分協(xié)議并不能*它們的需求。因此，出現(xiàn)了擴(kuò)展差分協(xié)議。
二、各差分協(xié)議的發(fā)展與對(duì)比
2.1、RTCM SC-104 GPS差分協(xié)議
RTCM 數(shù)據(jù)格式從1985 年至今依次發(fā)布了V1.0、V2.0、V2.1、V2.2、V2.3、V3.0、RTCM++、RTCM-Adv等版本。
縱觀RTCM差分協(xié)議的發(fā)展，每一種新的版本的出現(xiàn)都是由于差分GPS技術(shù)的發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)協(xié)議有了新的需求，新的版本提高了差分改正數(shù)的抗差性能，增加了可用信息量，提高了定位精度，偽距差分的精度由原來(lái)版本的8-10m 提高到了1m 左右，載波相位差分可達(dá)到厘米級(jí)精度。
2.2、CMR GPS差分協(xié)議
，在數(shù)據(jù)通訊中的通訊速率是有限的，因此在數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減小傳輸數(shù)量。因此要減小傳輸數(shù)據(jù)量要求有一種新的差分協(xié)議。在這種情況下，TRIMBLE提出了一種新的GPS差分協(xié)議CMR、CMR+。CMR格式的電文碼發(fā)送率只有RTCM的一半，RTCM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議要求帶寬必須高于4800b/s，通常采用9600b/s，CMR采用2400b/s就足夠了。但它的數(shù)據(jù)信息和RTCM中用于RTK的數(shù)據(jù)信息是相同的，相位和偽距觀測(cè)值同樣都是一秒更新一次，這主要是因?yàn)镃MR協(xié)議中對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行的壓縮處理。
2.3、RTCAGPS 差分協(xié)議
為了滿足空中用戶對(duì)GPS應(yīng)用提出的要求，美國(guó)聯(lián)邦FAA開(kāi)發(fā)了LADGPS系統(tǒng)和WAAS系統(tǒng)，相應(yīng)的產(chǎn)生了RTCA SC-159 GPS差分協(xié)議用以傳輸差分改正數(shù)。
RTCA針對(duì)LADGPS的類專用協(xié)議（SCAT-1）于1993年4 月公布，針對(duì)WAAS系統(tǒng)的規(guī)范草案于1994年公布。LADGPS電文只提供可視衛(wèi)星的綜合改正信息，而RTCA電文包含所有衛(wèi)星（包括GPS和GLONASS衛(wèi)星）的獨(dú)立改正信息、星歷改正信息、電離層改正信息以及禁止使用某些衛(wèi)星的報(bào)警信息；傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)鏈方面，LADGPS是通過(guò)新表態(tài)，而WAAS電文是通過(guò)地球同步衛(wèi)星發(fā)送給空中用戶；電文可是方面，WAAS電文沒(méi)真的長(zhǎng)度固定不變，規(guī)定為為250bits，而LADGPS的電文中，由于電文的類型不同或是接收到的衛(wèi)星的個(gè)數(shù)不同，電文長(zhǎng)度隨著變化。
2.4、RTCM和CMR的比較分析
相同點(diǎn)：RTCM和CMR作為兩種均能應(yīng)用于陸地和海上差分系統(tǒng)的差分協(xié)議，有它們的相同之處。RTCM和CMR都能應(yīng)用于RTK技術(shù)，特別是CMR，Trimble制定CMR的目的就是為了更好地應(yīng)用RTK技術(shù)。
不同點(diǎn)：CMR和RTCM雖然具有上面提到的相同指出，但是作為兩種不同的差分GPS協(xié)議更多的是他們的不同之處，下面從幾個(gè)方面談?wù)勊鼈兊牟煌帯?/p>
⑴ 發(fā)送的電文內(nèi)容不同
盡管RTCM和CMR發(fā)送的信息都包含了原始觀測(cè)值，但其形式卻*不同。RTCM發(fā)送的均是原始觀測(cè)值，而CMR發(fā)送的是經(jīng)過(guò)壓縮處理后的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量也比直接的原始觀測(cè)值小的多，這樣減少了在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送的數(shù)據(jù)量。另外，有關(guān)基準(zhǔn)站的信息，兩種協(xié)議也*不同。
⑵ 電文的編碼方式不同
CMR 只在每種電文末用1 個(gè)字節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)，而RTCM是在每個(gè)字節(jié)末用6Bits進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，即每30Bits 就有6 Bits用于奇偶校驗(yàn)，這樣有很多的字節(jié)用于奇偶校驗(yàn)，增加了電文數(shù)據(jù)量。另外，由于發(fā)送時(shí)是以字節(jié)為單位，即RTCM的每6位要用8 位發(fā)送，用戶接受后要在去掉兩個(gè)位，這樣也增加了電文數(shù)據(jù)量。
⑶ 電文長(zhǎng)度不同
電文長(zhǎng)度不同是他們的不同點(diǎn)，在進(jìn)行RTK測(cè)量時(shí)，RTCM協(xié)議中使用的是3.1819和22這四種電文，CMR協(xié)議使用的是0，1和2三種電文。
⑷ 對(duì)于數(shù)據(jù)鏈的數(shù)據(jù)傳輸速率要求不同
TRIMBLE制定CMR標(biāo)準(zhǔn)是最主要的目的是降低數(shù)據(jù)鏈的寬帶，并采取了上面談到的幾點(diǎn)措施，使CMR的寬帶只有RTCM的一半，RTCM要求數(shù)據(jù)鏈的寬帶不低于4800B/S，而CMR要求2400B/S的寬帶就夠了。
⑸ 實(shí)驗(yàn)證明CMR的定位速度遠(yuǎn)比RTCM快。
綜上所述、我們可以清楚的分辨出這幾種協(xié)議的發(fā)展概況、電文格式及時(shí)它們之間的異同點(diǎn)。其中RTCM和CMR主要用于局域差分系統(tǒng)，而RTCA的WAAS協(xié)議是用于高精度廣域差分系統(tǒng)，局域差分系統(tǒng)中，用戶的定位精度和用戶離參考站的距離有關(guān)，距離躍進(jìn)精度越高；廣域差分系統(tǒng)中，用戶的定位精度則不受距離限制。在進(jìn)行RTK動(dòng)態(tài)定位時(shí)，既可采用RTCM協(xié)議也可采用CMR協(xié)議，但它們對(duì)數(shù)據(jù)鏈的要求不同，CMR協(xié)議要求的數(shù)據(jù)傳輸率只有RTCM的一半，同時(shí)CMR定位的速度比RTCM快，選擇CMR協(xié)議更適合。
信息標(biāo)題：常用GPS差分電文的比較
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