闫勇 李彪 周行 岳光波 张鹏

山东唐口煤业有限公司，山东省济宁市，272055

1 引言

自2007年中国开始建立二代北斗卫星导航系统以来，已经实现亚太区域导航定位并逐步实现全球导航定位服务的目标。2012年底北斗控制性接口文件(ICD文件)的公开，标志着卫星民用的开始[1-2]。为实现差分定位技术，极大满足GNSS 系统高精度定位服务需求，通常利用北斗地基增强技术实现差分。其中，差分协议是数据传输的核心。RTCM SC-104 委员会2013 年推出了RTCM3.2 版本，该版本提供了对北斗BDS 系统的支持，增加和扩展了多种网络RTK信息，包括GPS、GLONASS、GALILEO 和BDS 系统的多种信号信息。

目前，针对 RTCM3.2 版本公布的开源资料很少，对该版本协议的编码、解码公开文献也不多。因此，论文重点对该格式电文组进行研究，按照标准要求数据进行解析，采用面向对象的编码原则在VS环境下的C++语言，实现了RTCM3.2 格式数据的解码和算法实现，并利用煤矿井架的实测差分监测数据进行验证。

2 RTCM 3.2结构

差分北斗系统由基准站、数据链和用户终端3部分组成，数据链所传输的差分数据格式是必须考虑的重要环节，目前在差分数据进行传输时，通常使用国际通用的RTCM SC-104协议，该协议由国际海运事业无线电委员会提出。通用的RTCM SC-104协议最新的版本是RTCM 3.2，该版本增强了对多系统的支持力度，并首次支持了BDS。

RTCM 3.2通过使用MSM来支持多系统，MSM是使用一种通用的格式来表示北斗接收机观测值，以此来满足多系统多信号的应用。按照不同应用场合MSM分为7类：MSM1-MSM7。由MSM1-MSM7，所发送的观测值内容越来越多或者精度越来越高。这7条电文传输伪距观测值和相位观测值时，都是通过将距离换算成毫秒进行传输的。虽然MSM分为7种类型，但它们有同样的结构，见下表。

表1  MSM的结构

RTCM 3.2在数据格式上最大的特点是采用内部循环：对每颗卫星的数据及对应的信号数据采用循环方式进行编码。每个卫星系统各自均有对应于MSM1～MSM7的电文，1071～1077电文分别对应GPS的MSM1～MSM7；1121～1127分别对应BDS的MSM1～MSM7，1081～1087分别对应GLONASS的MSM1～MSM7。本项目由系统发布的观测值电文类型包括1074、1084和1124电文，均对应MSM4的电文。最终发送的一条RTCM 3.2电文由5部分组成，其电文结构如下表所示，MSM对应于这个结构中的“可变长度消息”。

表2  RTCM 3.2电文结构

正确的解码才能保证定位数据的正确性与可靠性按照编码的思想，解码的流程如下图所示，在接收RTCM 3.2二进制数据后，首先判断首8位是否为引导字，若是引导字，则继续判断下6位是否为0，如果是，则根据下10位获取信息长度，获取信息长度后，要判断余下的字节是否充足，是否足够一条电文的长度，如果不足，则应继续接收二进制数据，如果充足，则读取相应长度的字节，计算电文的CRC校验码，并与电文给出的校验码进行比较，如果不同，则说明电文有误，应丢弃，如果相同，则校验通过，进入解析MSM数据的阶段，按照MSM的结构，将相应的数据解析出来，并恢复成正确的值。

3 RTCM 3.2解析算法描述

根据上述的解码算法与流程，本项目设计了一款RTCM 3.2解码软件用于RINEX格式与RTCM 3.2之间的互相转换，用户可自由选择卫星系统和MSM类型，方便灵活，该软件使用的编程语言为MFC，开发环境为VS 2010。

由于RTCM 3.2中并没有完整的时间信息，因此，如果不是当天的数据，为了获取完整的时间信息，用户应选择“模拟”模式，设置正确的日期，若是当天的数据，则用户应选择“真实”模式，软件根据系统时间进行恢复，另外，由于跳秒会随时间改变，软件没有内置跳秒信息，为了保证解码正确，用户应输入正确的跳秒值。

图2  RTCM 3.2解码算法流程

4 算例分析与验证

为了验证解码流程的正确性，以华测接收机2018年某天产生的RTCM3.2数据为例对以上解码算法进行了验证。试验华测接收机同时保存的Rinex格式观测数据文件进行比对。通过比较两者的关系来验证算法的正确性。下图示出了包含GPS、GLONASS和BDS观测值信息MSM4的1074、1084和1124电文。

图3  原始格式（16进制）的1074、1084和1124电文

图4  解码1074、1084和1124电文得到的观测值

通过将上述解码得到的观测值与接收原始数据同时保存的Rinex格式观测数据文件进行对比，发现观测值数据完全一致，证明了解码算法的正确性。

5 结论

论文介绍了目前最新的支持北斗差分通信的RTCM3.2标准。该标准规定了兼容北斗的多频多系统实时GNSS数据传输的格式和解码方法。按照电文格式和分割方法，利用C++语言，基于VS编程平台实现了RTCM3.2的解码。通过验证，与其他软件解码对比，已经后期的差分解算，证明了方法的正确性和有效性。

6 参考文献

[1] 谢钢.全球导航卫星系统原理一GPS、格洛纳斯和伽利略系统[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2] 余学祥，王坚，刘绍堂等.ＧＰＳ测量与数据处理[M]．徐州：中国矿业大学出版社2013．

[3] 吴海玲，李作虎，刘晖.关于北斗加入RTCM国际标准的总体研究[J]．全球定位系统，2014，39(1)：27-33．

[4] 史小雨，程鹏飞，蔡艳辉，李为乔. 差分GPS数据通信格式RTCM3.1 及其解码算法的实现[J].测绘通报，2012(6):4-6

[5] RTCM. RTCM special committee no.104.RTCM standard 104 3.2 for differential GNSS[S].Arlington: Radio Technical Commission for Maritime Services,2013