RTCM SC-104

RTCM SC-104是一種通訊協議，用於從無線電接收器等輔助源向GPS 接收器傳送差分 GPS (D-GPS)。該標準以建立它的海事無線電技術委員會(RTCM) 的特別委員會 SC104 命名。該格式沒有限定D-GPS訊息的該通訊協議如今已應用於各種系統，如長波海事廣播、通訊衛星廣播和網際網路分發。該協議的第一個廣泛使用的版本於 1990 年釋出，它基於 GPS 衛星使用的 30 位長資料包，稱為“幀”。每條訊息都以標準化的長度為兩個幀的頭部開始，緊跟著一個或多個數據幀。這些幀的設計類似於 GPS，可以很容易地整合到 GPS 接收器中，但缺點是通道效率低，限制了在給定時間內可以傳送的訊息數量。2003 年，標準的第 3 版引入了一種全新的訊息格式，它使用可變長度格式來提高效率，從而增加可以傳送的訊息數量——這對於實時 GPS 校正很重要。新標準還大大增加了可能的訊息型別的數量。遵照標準流程，標準的命名發生了變化，3.1 版成為RTCM 標準 10403.1 。截至2021年 (2021)[ [update]] ，最新版本是 3.3 或 RTSM Standard 10403.3，修正 1 和 2。RTCM SC-104並不是支援D-GPS 的唯一標準。例如，Trimble公司基於相同的目的引入了緊湊型測量記錄(CMRx) 格式。但是，隨著 10403.1 的推出，其中大部分的協議被RTCM 10403.1所取代。版本 1.最初的 SC-104 於 1985 年作為初始版本釋出，但從未被廣泛採用。它被非常相似的第 2 版所取代。版本 2.RTCM 第 2 版於 1990 年 1 月釋出，隨後於 2001 年 8 月更新至 2.3 版。幀結構.RTCM 第 2 版基於一組固定長度的 30 位“字”，這些“字”串在一起形成較長的訊息，稱為“幀”。所有字都使用與 GPS 訊號相同的演算法——以基於漢明碼的6 位“奇偶校驗”碼結尾，剩下 24 位用於資料傳輸。該格式特意模仿實際 GPS 訊息的格式。 24 位有效負載中的資料被提取為單獨的資料，然後編碼為本地傳輸的 6 位資料字串，具有前導 1 起始位和尾隨 0 停止位，以形成適合在ASCII上使用的單個8位值。資料以最高有效位格式編碼，而不是類似於ASCII 的最低有效位，因此需要進行一些處理才能在接收後將其恢復為原始格式。 所有幀都以標準的兩字頭部開始。第一個字以“神奇數字”開頭，即 8 位“前導碼”，始終包含 01100110。接下來的六位編碼訊息型別，從 0 到 64。其後是一個 10 位的站 ID。第二個標頭字以 13 位版本的 z-count開頭，3 位序列號以確保幀無序到達時可以進行排序，5 位長度它計算幀中的總字數，包括標題和三位“站健康”程式碼，其中 111 表示站工作不正常。訊息型別.總共允許 64 種訊息型別，儘管其中一些被故意保留為將來擴充套件或很少使用後來放棄的格式。原始標準包括六種訊息格式，訊息型別1 用於校正資料，訊息型別2 用於更新以前的校正，訊息型別3 提供測量站的位置，訊息型別6 作為空訊息以填充未使用的插槽，訊息型別16 包括用於傳送測試的任意 90 個 ASCII 字元訊息， 訊息型別59用於裝置供應商使用的專有訊息。1992 年的2.1版本該小組開會考慮使用相位比較 GPS (RTK) 的使用者的意見，該 GPS 產生的精度約為1釐米。 1994 年，新的訊息型別被新增進來，標準版本更新為為版本 2.1，包括用於原始偽距測量的訊息型別18 和訊息型別19，和作為校正的訊息型別20和訊息型別21。新的訊息型別9提供了訊息型別1和訊息型別2 的替代，併成為最廣泛使用的格式之一。 1997 年的 2.2 版增加了 訊息型別31 到 訊息型別37以支援GLONASS ，訊息型別31和 訊息型別32 相當於 GPS 的 1 型和 2 型。該協議最後的更新是 2001 年的 2.3版本，添加了更多資訊，例如 訊息型別23 中的天線 ID 和描述、訊息型別24中天線的高度，以及與Loran-C和無線電信標一起使用的其他幾個欄位。協議缺點.由於其固定寬度的資料包和顯著的糾錯開銷，版本 2 從傳輸方面並不是很有效，雖然這對於大多數 D-GPS 應用場景來說不是問題，但對於訊息負載相對較高的RTK來說這是一個糟糕的問題。出於這個原因，Trimble公司於 1996 年推出了自己的緊湊型測量記錄(CMR) 格式，並於次年更新了成CMR+。 此外，資料包格式的一些特性，特別是奇偶校驗系統依賴於按順序到達的資料包的限制，使其不適合例如網際網路的分發系統。除此以外，由於已用完可能的訊息格式，該協議無法支援伽利略和北斗等新系統。版本 3.RTCM版本3最初於2004年2月釋出， 是 RTCM標準當前版本，該協議也還在處於不斷更新中。與 RTCM版本2.3 相比，RTCM版本3使用可變長度訊息格式和單個24 位迴圈冗餘校驗(CRC)，而不是固定長度30 位字使用 6 位奇偶校驗。與早期版本一樣，訊息格式以擴充套件為8 位的前導碼開始，然後是6位保留區域，然後是10位訊息長度，最多允許1024位元組的資料。每條訊息都可以攜帶私有定義的標頭和資料，緊跟在標頭之後，然後用 CRC 收尾。資料傳輸的有效性的提升是顯著的，特別是在 RTK 的情況下：RTCM版本3的RTK的校正集通常是版本2長度的一半。 此外，RTCM3 將訊息與相關資料組合在一起傳送，而不是傳送單獨的訊息來完成相同的任務。例如，在版本2中，傳送完整的 RTK 訊息需要同時傳送訊息型別18進行校正和訊息型別19 用於偽距測量，而在版本3中，此資訊組合在可以透過傳送單個訊息型別1003來實現。為同一型別的資訊定義多種訊息型別，進一步提高效率；例如，訊息型別1001僅在 L1 頻率上具有 GPS 資料，而 訊息型別1002 增加了各種附加資訊，而 訊息型別1003 和 訊息型別1004 對可以利用第二個載波的那些站的L1和L2資料執行相同的操作。最初的 RTCM版本3.0定義了 13 種訊息型別，從 訊息型別1001到訊息型別1013。訊息型別1002包含L1 GPS 測量的詳細資訊，而訊息型別1004 既是L1又是L2。 訊息型別1010和訊息型別1012是GLONASS的等價物。訊息型別1013包含各種系統詳細資訊，包括 GPS 週數。訊息型別1005、訊息型別1006和訊息型別1007包含有關電臺的詳細資訊，其中訊息型別1007添加了天線高度。位置訊息，訊息型別1002或訊息型別1004和訊息型別1010或訊息型別1012，大約每秒一次從任何特定站傳送。站點詳細資訊大約為20到30秒。在接下來的協議版本里，訊息型別很快擴充套件到包含GPS 星曆錶的訊息型別1019，它提供軌道更新並可用於更快地鎖定 GPS 訊號；訊息型別1020 是等效的 GLONASS 星曆，該訊息很少被使用，因為衛星本身也會定期傳送相同的資訊；之後的協議的更新添加了伽利略 F (訊息型別1045) 和 I (訊息型別1046)、QZSS (訊息型別1044) 和北斗 (訊息型別1042) 的星曆錶。 該協議的另外一個重要補充是添加了用於定期更新衛星資訊的狀態空間表示 State Space Representation (SSR)，以及允許使用單個衛星組合來自不同衛星集的資料的多訊號訊息 Multiple Signal Message (MSM)資料格式。 MSM 還允許基本接收器新增多普勒校正，這主要用於在移動接收器使用 L1 訊號來消除歧義。與其他GPS資料格式的關係.除了RTCM SC-104的協議之外，描述GPS資料的協議還有RINEX和NMEA 0183，他們之間的主要區別如下：