摘 要：基于华测X60 RTK接收机，针对Windows开发环境广泛使用，采用VC++的MSCOMM控件开发了RTCM数据采集及解码器。本软件能够动态显示RTCM导航电文1、2、3、9等各相关参数，动态存储RTCM二进制原始语句及其解码结果文件，为下一步研制差分基准站、DGPS接收机提供了数据源和基础。
关键词：GPS；RTCM；数据采集；解码
GPS是美国国防部的第2代卫星导航系统。该系统由GPS卫星星座、地面监控系统和GPS信号接收机3部分组成，能提供全球覆盖、全天候、全天时连续定位、导航和授时服务。我国虽有多个科研院所从事GPS相关产品的开发，但其研究对象主要集中在动态较低的民用领域，而且精度一般不高，在17 m左右[1]。
美国政府于2000年5月1日取消了SA干扰，此后电离层误差成为GPS最主要的定位误差源[2]，对GPS数据进行差分处理是提高GPS处理精度的有效途径，差分GPS接收机是消除电离层误差的有效手段，这是本文的研究背景。
本文基于X60 RTK接收机，采用VC开发环境，开发了RTCM解码软件，为下一步进行高精度差分定位解算算法研究和DGPS接收机研制工作提供基础。
1 RTCM SC-104导航电文简介
RTCM SC-104是商用DGPS接收机的通用数据格式，该格式与ICD-GPS-200规定的GPS导航电文的字格式、奇偶校验规则相同，不同在于GPS电文中各子帧长度是固定的，而RTCM SC-104电文长度是可变的。RTCM电文结构包括2个字头，后接n个数据字，每字长为30 bit，具体格式参见文献[3]。RTCM SC-104共包括21类63种电文。伪距差分电文主要有1、2、3，有时也用到电文9。
1.1电文1
电文1是RTCM电文中最基本的电文，向用户提供伪距改正数及其变化率，其内容格式如表1所示。
其中，S为比例因子，是标识伪距改正数PRC和伪距改正数变化率RRC的比例尺度；U表示用户测距误差，有4种编码，每种编码代表不同的用户测距误差；卫星ID 号指卫星的编号；PRC指伪距改正数；RRC指伪距改正数变化率，都是用来修正误差的，具体含义参见文献[4-5]。
IOD是改正数的数据龄期，与GPS中IOD意义相同。如RTCM电文IOD与GPS星历中IOD不相匹配，则不能直接使用该组改正数，因此IOD是保证差分定位的关键，以确保用户使用的导航电文与基准站使用的导航电文相同。
1.2 电文2
电文2的格式和电文1完全相同, 包含了卫星导航参数的变化所导致的伪距变率及伪距变率的改变量。如果用户站未能解译出新的星历，而此时基准站已采用了新的星历，则两站所用的星历不一样，此时基准站必须同时播发电文1和电文 2，防止定位结果产生较大误差。
1.3 电文3
电文3是GPS参考站参数，用于发送基准站在 WGS-84 坐标系中的坐标信息 ( ECEFX, ECEFY, ECEFZ)，各占32 bit，给定的坐标精度至少到cm级。该项电文由 32×3/ 24 = 4 个字组成, 按顺序发送基准站坐标的3个参数，每个字最后6位是奇偶校验位。
电文9用于GPS部分卫星组差分改正，其格式与电文1完全相同。
2 RTCM电文解码方案设计
2.1 VC++平台简介
本软件主要基于VC++平台实现，电文的接收用到了VC++中的MSCOMM控件。MSCOMM控件提供了2种处理通信的方式：事件驱动方式和查询方式。事件驱动方式相当于一般程序设计中的中断方式。当串口发生事件或错误时，MSCOMM控件会产生OnComm事件，用户程序可以捕获该事件进行相应处理。本文的例子均采用该方式。
2.2 RTCM电文解码方案[6]
根据RTCM的编码规则设计解码方案，解码过程可利用电文字头中的先导字01100110进行同步，主要有如下5个步骤。
(1)字节扫描。传输数据时，通常采用“6/8”格式的方式。每8 bit数据中仅低6 bit是有效位，第7位为标志位“1”，第8位为空格“0”。接收到的数据必须先取低6位，然后判断这低6位是不是在64和127之间，如果不是则丢弃这个数据。
(2)字节滚动。由于GPS设备多数采用美国国家标准化研究所制定的ANSI X3.16和X3.15型标准接口，故连接到计算机标准串口RS-232上的时候需要进行“字节滚动”。
(3)取补码。当前一个码字最后一个比特D30*为1时，必须对当前这个字码的前4个字节取补码；如果D30*为0，则保持不变。奇偶校验位则不必取补码。
(4)找引导字。寻找RTCM通用电文引导字(01100110或10011001)，进行奇偶校验，通过同步完成，否则继续找引导字。
(5)电文解码。根据帧长度，按相应电文格式解码，主要包括比例因子、用户测距误差、卫星号、PRC等参数。
具体解码流程图如图1所示。
3 RTCM数据采集及解码器实现
3.1 RTCM数据采集及解码器介绍
本系统基于Windows操作系统，利用VC++编程实现RTCM导航电文解码，它既能从差分基准站接收数据，又能从数据文件读取数据，原始数据和解码结果将被显示及存储，解码结果包括各颗卫星所包含的参数。
3.2 RTCM数据采集及解码器实现
图2为数据解调子界面，主要有接收回显窗和解码显示窗2部分，其中接收回显窗显示各模块原始数据，解码显示窗显示解码结果。
3.3 关键代码介绍
程序的关键在于对接收到的差分数据解码，根据2.2节的解码方案设计，以电文1为例，程序关键代码如下：
for( i=0;i
int dxj=b[i]*4+(b[i+1]-bitshift2(b[i+1],4))/16;
if(dxj==102||pow(2,8)-1-dxj==102) //找到引导字
{ type=getbit(b[i+1],1,4)*4+getbit(b[i+2],5,6); //电文类型
if(bitshift2(b[i+4],1)==1)
//如D30*等于1，则对后面4个字节取补码
{…….}
else {i=i+5;}
//如果D30*不等于1，则不做任何处理
zt=(b[i]*pow(2,7)+b[i+1]*2+(b[i+2]-bitshift2(b[i+2],5))/32)*0.6; // z计数
xuhao=getbit(b[i+2],3,5); //序号
changdu=getbit(b[i+2],1,2)*8+getbit(b[i+3],4,6); //帧长
health=getbit(b[i+3],1,3); //健康度
int d1=i+5;
if(type==1||type==62) //如果是电文1
{ int cc=0;
while(1)
//计算电文1除头码之外的长度cc
{ … }
while(i+5<10+cc-1) //5个字码（3颗卫星所有参数）循环一次
{
…… //判断是否取补码，解比例因子、用户测距误差、卫星号、PRC
k=k+3; //每解完3颗卫星的信息便循环一次
}
} //if type=1
} //if 找到引导字
if (d2==1) break; // 如果到了电文结尾，则结束
} //for
4 结果分析
整个软件测试工作是在华东交通大学信息工程学院的2楼信息技术研究所进行，时间为2008年4月14号10:22:32。实验平台基于X60差分GPS接收机进行，接收天线安装在信息学院楼顶。解码结果如表2~表4所示。
将以上误差数据对自行研制接收机输出结果进行修正，结果如图3所示。
由图3中结果可看出，其海拔高度的定位误差在1 m内，经度、纬度定位误差分别在10-6度和10-7度，比单频伪距GPS接收机的定位精度好。通过利用基准站进行差分数据传送进行的定位结果可以达到1 m左右定位精度，结果进一步证明了解码方法及结果的正确性。
本文基于X60试验平台，开发了RTCM SC-104导航电文数据采集及解码器。本软件再加上其他相关软件可进行差分基站设计，可充分利用PC编程资源进行开发工作。该算法在自行研制的GPS接收机上运行，已获得了较好的定位精度，为下一步进行实时DGPS接收机研制提供了基础。
参考文献
[1] 胡辉.高动态数字化GPS接收机的研制[R]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学,2002.
[2] 高山,陈武,胡丛伟,等.高精度GPS定位的精密电离层模型[J].Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics,2005,22(2):107-113.
[3] KAPLAN E D， HEGARTY C J. GPS原理与应用(第2版)[M]. 寇艳红,译.北京：电子工业出版社，2007.
[4] 何怡,李扬继.浅析差分GPS的算法及数据格式[J].电讯技术, 2004,(3)：111-115.
[5] 李良,张小超,赵化平.GPS差分RTCM数据实时编码解码算法及实现[J].计算机工程与应用,2006,(11)：209-211.
[6] 史峰.基于虚拟参考站技术和PDA平台的GPS移动定位系统[D].上海：同济大学, 2007.