ФОРМУВАННЯ ПОВІДОМЛЕНЬ У ФОРМАТІ RTCM SC-104
Цей додаток надається з історичною та освітньою метою. Він пояснює структури форматів повідомлень RTCM SC-104 та методи математичної нормалізації для даних корекції GNSS, включаючи структуру 30-бітних слів, поля парності, ідентифікатори станцій, індикатори стану, масштабні коефіцієнти, корекції псевдодальності та швидкості, нормалізацію фази несучої та кодових вимірювань, а також компактне представлення бітових полів. Ця сторінка не є робочим комунікаційним протоколом, сервісом корекції в реальному часі, сервісом розповсюдження повідомлень, посібником з керування приймачем або специфікацією поточної реалізації навігаційної інфраструктури.
Ключові параметри
| Позначення | Опис |
|---|---|
| RTCM SC-104 | Стандарт Радіотехнічної комісії морських служб 104 — формат диференціальних корекцій GNSS. |
| 30-бітне слово | Базова одиниця даних у форматі RTCM — усі повідомлення передаються як послідовності 30-бітних слів. |
| Преамбула | 8-бітний заголовок повідомлення (01100110) для ідентифікації користувачем початку нового повідомлення. |
| Тип повідомлення | 6-бітне поле, що ідентифікує вміст переданого повідомлення (діапазон 1-64). |
| ID станції | 10-бітне поле, що містить унікальний ідентифікатор передавальної СКК (діапазон 0-1023). |
| Модифікований Z-рахунок | 13-бітне поле часової прив’язки (діапазон 0-3599.4 с) з кроком 0.6 с для синхронізації параметрів повідомлення. |
| Порядковий номер | 3-бітне поле (діапазон 0-7), що використовується для синхронізації кадрів передачі. |
| Довжина кадру | 5-бітне поле (діапазон 0-31), що містить розмір повідомлення у словах, де 0 = 2 слова. |
| Справність станції | 3-бітне поле, що вказує статус працездатності СКК (див. Таблицю 3 для декодування). |
| Парність (Parity) | 6-бітне поле виявлення помилок у кінці кожного 30-бітного слова для даних з двофазною модуляцією. |
| PRC | Корекція псевдодальності (Pseudorange Correction) — 16-бітне значення диференціальної корекції (діапазон ±655.34 м або ±10485.44 м). |
| RRC | Корекція швидкості зміни дальності (Range Rate Correction) — 8-бітне значення корекції, що подовжує час дії PRC (діапазон ±0.254 або ±4.064 м/с). |
| UDRE | Користувацька похибка диференціального діапазону (User Differential Range Error) — 2-бітний індикатор цілісності (шкала 0-3) для надійності корекції. |
| IOD | Випуск даних (Issue of Data) — 8-бітне поле, що гарантує використання СКК та обладнанням користувача одного набору параметрів. |
| Масштабний коефіцієнт (FS) | 1-бітне поле, що визначає значення LSB: 0 = 0.02 м/0.002 м/с, 1 = 0.32 м/0.032 м/с. |
| ID супутника (IDS) | 5-бітний унікальний ідентифікатор супутника (діапазон 1-32) для супутників GPS/GLONASS. |
| WGS-84 | World Geodetic System 1984 — референцна координатна система GPS для навігаційних повідомлень. |
| PZ-90 | Параметри Землі 1990 — референцна координатна система GLONASS для навігаційних повідомлень. |
| LSB | Молодший біт (Least Significant Bit) — мінімальне значення роздільної здатності для закодованих параметрів (наприклад, 0.01 м для координат). |
| Час вимірювання GPS | 20-бітне поле (діапазон 0-599999 мкс), що забезпечує високу роздільну здатність часу для вимірювань. |
| Індикатор частоти (F) | 2-бітне поле: 0=L1, 1=іоносферна різниця, 2=L2, 3=спеціальний. |
| Індикатор коду (PC) | 1-бітне поле: 0=код C/A, 1=P-код, згадано тут лише як частина історичної термінології формату повідомлень RTCM/GNSS. |
| Індикатор довжини хвилі (HF) | 1-бітне поле: 0=півхвилі, 1=повна хвиля для фази несучої. |
| Якість даних (DQ) | 3-4 бітне поле, що кодує похибку вимірювання за допомогою експоненціальних формул. |
| CLCI | Індикатор втрати безперервності (Continuity Loss Indicator) — 5-бітний лічильник (1-32), що відстежує безперервність вимірювань фази несучої. |
| Фаза несучої | 32-бітне поле, що містить вимірювання фази (діапазон ±8388608 або ±16777216 циклів). |
| Інтервал згладжування (SM) | 2-бітне поле, що вказує час згладжування псевдодальності: 0=0-1 хв, 1=1-5 хв, 2=5-15 хв, 3=не визначено. |
| Похибка багатопроменевості | 4-бітне поле (діапазон 0-15), що вказує похибку від багатопроменевого поширення сигналу з використанням експоненціального кодування. |
| Псевдодальність | 32-бітне поле вимірювань (діапазон 0-85899345.90 м) з роздільною здатністю 0.02 м. |
| Дані про стан (Health Data) | 3-бітний статус справності супутника, що повторює біти ефемеридного слова стану GPS. |
| Відношення сигнал/шум | 5-бітне поле (діапазон 0-31), що вказує якість супутникового сигналу на СКК (25-55 дБГц). |
| Health Enable | 1-бітний примусовий прапорець стану: 1=вважати супутник справним, незважаючи на визначення обладнання користувача. |
| Нові навігаційні дані | 1-бітний прапорець: 1=СКК зареєструвала нові параметри для наступної передачі. |
| Попередження про втрату супутника | 1-бітний прапорець: 1=супутник змінює стан зі справного на несправний. |
| Час до стану несправності | 4-бітне поле (0-15) з масштабним коефіцієнтом 5 хвилин, що вказує тривалість несправного стану супутника. |
| Час даних (Tb) | 7-бітний GLONASS-еквівалент IOD з масштабним коефіцієнтом 15 хвилин за часом UTC. |
| Заповнення (Fill) | Змінне поле заповнення (0, 8 або 16 біт) для завершення кадру повідомлення. |
| \(t_{z-count}\) | Розрахунок модифікованого Z-рахунку: \(\text{int}\lfloor\frac{t_{gps} - 3600 \cdot \text{int}\lfloor\frac{t_{gps}}{3600}\rfloor}{0.6}\rfloor\). |
| \(D_i\) | Значення бітів парності, розраховані за формулами додавання за модулем 2 для виявлення помилок. |
| \(d_i\) | Значення бітів даних, що використовуються у формулах розрахунку парності. |
| \(D_i^*\) | Значення останніх двох бітів попереднього слова, що використовуються в розрахунку парності поточного слова. |
| \(DS_{j,k}\) | Нормалізована диференціальна корекція псевдодальності: \(\frac{\Delta \bar{S}_{j,k}}{0.02}\) або \(\frac{\Delta \bar{S}_{j,k}}{0.32}\). |
| \(D\dot{S}_{j,k}\) | Нормалізована диференціальна корекція швидкості зміни дальності: \(\frac{\Delta \bar{\dot{S}}_{j,k}}{0.002}\) або \(\frac{\Delta \bar{\dot{S}}_{j,k}}{0.032}\). |
| \(\Delta \bar{S}_{j,k}\) | Диференціальна кодова корекція псевдодальності для j-го супутника відносно i-го приймача. |
| \(\Delta \bar{\dot{S}}_{j,k}\) | Диференціальна корекція швидкості зміни дальності для j-го супутника відносно i-го приймача. |
| \(X_{i,17}, Y_{i,17}, Z_{i,17}\) | Нормалізовані координати СКК: \(\frac{X_{i,14}}{0.01}\), \(\frac{Y_{i,14}}{0.01}\), \(\frac{Z_{i,14}}{0.01}\). |
| \(\varphi_{L1(2)i,j,k}\) | Значення фази несучої на частоті L1/L2 для j-го супутника відносно i-го приймача. |
| \(S1(2)_{i,j,k}\) | Нормалізована фаза несучої: \(\text{int}\lfloor\varphi_{L1(2)i,j,k} \cdot 256\rfloor\) або \(\text{int}\lfloor\varphi_{L1(2)i,j,k} \cdot 128\rfloor\). |
| \(S_{i,j,k,1}\) | Некориговане значення кодової псевдодальності до обробки нормалізації. |
1. Усі повідомлення у форматі RTCM формуються за єдиним принципом і передаються 30-бітними словами.
Загальну структуру формату повідомлень RTCM наведено в Таблиці 1.
Кожне повідомлення починається з восьмибітної преамбули, за якою користувач ідентифікує початок нового повідомлення. Поле «Тип повідомлення» визначає тип переданого повідомлення. Поле «Модифікований Z-рахунок» — це час початку наступного кадру (часова прив’язка для параметрів повідомлення). Крок зміни модифікованого Z-рахунку становить 0.6 с.
Поле «Порядковий номер» використовується для синхронізації кадрів передачі. Поле «Довжина кадру» містить інформацію про розмір повідомлення у словах. Нумерація слів починається зі слова, наступного за 2-м словом повідомлення. Значення «0» у полі «Довжина кадру» означає, що довжина кадру становить 2 слова. Поле «Справність станції» містить інформацію про працездатність СКК (Станції контролю та корекції).
Кожне 30-бітне слово в повідомленнях формату RTCM закінчується бітами парності (поле «Парність»), які призначені для виявлення помилок, що виникають у переданих даних з двофазною модуляцією.
| Слово | Параметр | Кількість бітів | Номери бітів у слові | Діапазон (Значення) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Преамбула | 8 | 1-8 | 01100110 |
| Тип повідомлення | 6 | 9-14 | 1-64 Див. Таблицю 2 |
|
| ID станції | 10 | 15-24 | 0 – 1023 | |
| Парність | 6 | 25-30 | ||
| 2 | Модифікований Z-рахунок | 13 | 1-13 | 0-3599.4 с |
| Порядковий номер | 3 | 14-16 | 0-7 | |
| Довжина кадру | 5 | 17-21 | 0-31 | |
| Справність станції | 3 | 22-24 | Див. Таблицю 3 | |
| Парність | 6 | 25-30 | ||
| 3-33 | Інформаційна частина повідомлення | - | - | - |
Для передачі інформації у форматі RTCM передбачено використання типів повідомлень, наведених у Таблиці 2.
| Тип | Вміст |
|---|---|
| 1 | Диференціальні корекції GPS |
| 2 | Зарезервовано |
| 3 | Позиція СКК у WGS-84 |
| 4 | Зарезервовано |
| 5 | Інформація про цілісність GPS |
| 6-8 | Зарезервовано |
| 9 | Високошвидкісні диференціальні корекції GPS |
| 10-17 | Зарезервовано |
| 18 | Некориговані вимірювання фази несучої |
| 19 | Некориговані вимірювання псевдодальності |
| 20 | Корекції фази несучої RTK |
| 21 | Корекції псевдодальності RTK |
| 22-30 | Зарезервовано |
| 31 | Диференціальні корекції GLONASS |
| 32 | Позиція СКК у PZ-90 |
| 33 | Інформація про цілісність GLONASS |
| 34 | Високошвидкісні диференціальні корекції GLONASS |
| 35-64 | Зарезервовано |
Декодування значень поля "Справність станції" у другому слові повідомлення формату RTCM
Декодування значень поля "Справність станції" у другому слові повідомлення формату RTCM наведено в Таблиці 3.
| Значення | Вміст |
|---|---|
| 0 | Зарезервовано для постачальника послуг |
| 1 | Зарезервовано для постачальника послуг |
| 2 | Зарезервовано для постачальника послуг |
| 3 | Зарезервовано для постачальника послуг |
| 4 | Зарезервовано для постачальника послуг |
| 5 | Зарезервовано для постачальника послуг |
| 6 | Передача станції не контролюється |
| 7 | Станція не працює |
Формат повідомлення "Диференціальні корекції GPS"
Повідомлення "Диференціальні корекції GPS" містить дані про диференціальні корекції для всіх супутників GPS, видимих для СКК. Передача корекцій для одного супутника GPS вимагає 40 бітів. Дані про диференціальні корекції для одного супутника GPS, що передаються у повідомленні 1, наведені в Таблиці 4.
| Параметр | Кількість бітів | Діапазон | Масштабний коефіцієнт |
|---|---|---|---|
| Масштабний коефіцієнт (FS) | 1 | 0-1 | Див. Таблицю 5 |
| UDRE | 2 | 0-3 | Див. Таблицю 6 |
| ID супутника (IDS) | 5 | 1-32 | - |
| Корекція псевдодальності (PRC) | 16 | ±655.34 або ±10485.44 м | 0.02 або 0.32 м |
| Корекція швидкості зміни дальності (RRC) | 8 | ±0.254 або ±4.064 м/с | 0.002 або 0.032 м/с |
| Випуск даних (IOD) | 8 | - | - |
Поле «Масштабний коефіцієнт» містить дані про масштаб для корекцій псевдодальності та псевдошвидкості. Значення "0" у полі «Масштабний коефіцієнт» повідомлення встановлює масштаб для корекцій псевдодальності та псевдошвидкості зі значенням молодшого біта 0.02 м та 0.002 м/с відповідно. Значення "1" — 0.32 м та 0.032 м/с.
Поле "ID супутника" містить унікальний ідентифікатор супутника.
Поле "Корекція псевдодальності" призначене для передачі значень корекції псевдодальності. Значення "1000 0000 0000 0000" у двійковій системі вказує на ненадійну інформацію від супутника GPS, і обладнання користувача має припинити використання даних від цього супутника.
Поле "Корекція швидкості зміни дальності" містить дані, що дозволяють подовжити "час життя" корекції псевдодальності. Значення "1000 0000" у двійковій системі вказує на ненадійну інформацію від супутника GPS, і обладнання користувача має припинити використання даних від цього супутника.
Поле "Випуск даних" (IOD) включено до повідомлення, щоб обладнання користувача могло порівняти вихідні дані, використані для обчислення диференціальних корекцій, з вихідними даними, використаними в навігаційних даних GPS. Це гарантує, що обчислення обладнання користувача та корекції СКК базуються на одному наборі параметрів.
Декодування значень параметра «Масштабний коефіцієнт» наведено в Таблиці 5.
| Значення | Вміст |
|---|---|
| 0 | Масштаб 0.02 м для корекцій псевдодальності та 0.002 м/с для корекцій швидкості зміни дальності |
| 1 | Масштаб 0.32 м для корекцій псевдодальності та 0.032 м/с для корекцій швидкості зміни дальності |
Декодування значень параметра "UDRE" наведено в Таблиці 6.
| Значення | Диференціальна похибка (м) |
|---|---|
| 0 | UDRE ≤ 1 |
| 1 | 1 < UDRE ≤ 4 |
| 2 | 4 < UDRE ≤ 8 |
| 3 | UDRE > 8 |
Структуру інформаційної частини повідомлення "Диференціальні корекції GPS" наведено в Таблиці 7. Залежно від кількості видимих супутників формат останнього слова повідомлення змінюватиметься. Останнє слово в повідомленні може мати поле "Заповнення" (Fill) для завершення кадру. Розмір цього поля може бути 0, 8, 16 біт. Кодування поля повідомлення буде альтернативним, щоб користувач не переплутав його з преамбулою.
| Слова 3, 8, 13, 18 | 1 | 2...3 | 4...8 | 9...24 | 25...30 | |||||
| FS | UDRE | IDS | PRC | Парність | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Слова 4, 9, 14, 19 | 1...8 | 9...16 | 17 | 18...19 | 20...24 | 25...30 | ||||
| RRC | IOD | FS | UDRE | IDS | Парність | |||||
| Слова 5, 10, 15, 20 | 1...16 | 17...24 | 25...30 | |||||||
| PRC | RRC | Парність | ||||||||
| Слова 6, 11, 16, 21 | 1...8 | 9 | 10...11 | 12...16 | 17...24 | 25...30 | ||||
| IOD | FS | UDRE | IDS | PRC (старший байт) | Парність | |||||
| Слова 7, 12, 17, 22 | PRC (молодший байт) | RRC | IOD | 25...30 | ||||||
| 1...8 | 9...16 | 17...24 | Парність | |||||||
| Слова N+2, N=1, 4, 7, 10 | 1...8 | 9...16 | 17...24 | 25...30 | ||||||
| RRC | IOD | Заповнення | Парність | |||||||
| Слова N+2, N=2, 5, 8, 11 | 1...8 | 9... | 25...30 | |||||||
| IOD | Заповнення | Парність | ||||||||
Розмір повідомлення "Диференціальні корекції GPS" для 10 супутників становить 560 бітів.
Формат повідомлення "Позиція СКК у WGS-84"
Повідомлення 3 містить координати антени СКК у системі WGS-84. Вміст повідомлення 3 наведено в Таблиці 8.
| Параметр | Кількість бітів | LSB (м) | Діапазон (м) |
|---|---|---|---|
| Координата X | 32 | 0.01 | ±21474836.47 |
| Координата Y | 32 | 0.01 | ±21474836.47 |
| Координата Z | 32 | 0.01 | ±21474836.47 |
Структуру інформаційної частини повідомлення 3 наведено в Таблиці 9.
| 1...24 | 25...30 | Слово 3 | |
|---|---|---|---|
| Координата X (3 старші байти) | Парність | ||
| 1...8 | 9...24 | 25...30 | Слово 4 |
| Координата X (молодший байт) | Координата Y (2 старші байти) | Парність | |
| 1...16 | 17...24 | 25...30 | Слово 5 |
| Координата Y (2 молодші байти) | Координата Z (старший байт) | Парність | |
| 1...24 | 25...30 | Слово 6 | |
| Координата Z (3 молодші байти) | Парність | ||
Розмір повідомлення "Позиція СКК у WGS-84" становить 180 бітів.
Формат повідомлення "Інформація про цілісність GPS"
Повідомлення 5 містить інформацію про стан видимого сузір’я супутників GPS. Вміст повідомлення 5 для одного супутника наведено в Таблиці 10.
| Параметр | Номери бітів | Вміст |
|---|---|---|
| R | 1 | Зарезервовано |
| ID супутника | 2-6 | Див. Таблицю 4 |
| IOD каналу даних | 7 | Стан "0" вказує на те, що інформація стосується типів повідомлень 1, 9, 20, 21. Стан "1" — до повідомлення 2. |
| Дані про стан | 8-10 | Дані про стан супутника. Повторює 3 найбільш значущі біти слів справності ефемерид у повідомленні GPS. |
| Відношення сигнал/шум | 11-15 | Відношення сигнал/шум супутника, виміряне на СКК. Див. Таблицю 11 |
| Health Enable | 16 | Примусове увімкнення стану справності для супутника. Стан "1" вказує на те, що навігаційні параметри супутника можна вважати "справними", навіть якщо обладнання користувача визначило їх як "несправні". |
| Нові навігаційні дані | 17 | Стан "1" вказує на те, що СКК зареєструвала нові навігаційні параметри, які незабаром будуть передані в повідомленні 1. |
| Попередження про втрату супутника | 18 | Значення "1" вказує на те, що супутник змінює стан зі "справного" на "несправний". |
| Час до несправності | 19-22 | Масштабний коефіцієнт — 5 хвилин. Діапазон: 0-75 хвилин. Стан "0000" — супутник "несправний". Стан "1111" вказує, що супутник буде "несправним" протягом 75 хвилин. |
| R | 23-24 | Зарезервовано |
| Парність | 25-30 |
Декодування поля "Відношення сигнал/шум"
| Стан | Сигнал/Шум (дБГц) | Масштабний коефіцієнт (дБГц) | Діапазон (дБГц) |
|---|---|---|---|
| 00000 | СКК не відстежує супутник | 1 | 25-55 |
| 00001 | 25 | 1 | 25-55 |
| 11111 | 55 | 1 | 25-55 |
Розмір повідомлення "Інформація про цілісність GPS" для 10 супутників становить 360 бітів.
Формат повідомлення "Високошвидкісні диференціальні корекції GPS"
Повідомлення 9 містить інформацію про диференціальні корекції для трьох супутників GPS. Формат повідомлення 9 повністю ідентичний формату повідомлення 1 для трьох супутників GPS.
Повідомлення 9 використовується при високій швидкості зміни корекцій. Упаковка диференціальних корекцій групами по три супутники призводить до зменшення середнього віку корекцій, що покращує їх використання в обладнанні користувача.
Розмір повідомлення "Високошвидкісні диференціальні корекції GPS" становить 210 бітів.
Формат повідомлення "Некориговані вимірювання фази несучої"
Повідомлення 18 містить дані про некориговані вимірювання фази несучої. Повідомлення використовується для забезпечення високоточного позиціонування в геодезії та навігації.
Вміст повідомлення 18 для одного супутника наведено в Таблиці 12.
| Параметр | Кількість бітів | Діапазон | Масштабний коефіцієнт (Стан) |
|---|---|---|---|
| Індикатор частоти (F) | 2 | 0-3 | Див. Таблицю 13 |
| Час вимірювання GPS | 20 | 0-599999 мкс | 1 мкс |
| Індикатор довжини хвилі (HF) | 1 | 0-1 | 1 |
| Індикатор коду (PC) | 1 | 0-1 | "0" — код C/A "1" — P-код |
| ID супутника (IDS) | 5 | 1-32 | Див. Таблицю 4 |
| Якість даних (DQ) | 3 | 0-7 | Див. Таблицю 14 |
| Індикатор втрати безперервності (CLCI) | 5 | 1-32 | 1 |
| Фаза несучої | 32 | ± 8388608 повних циклів або ± 16777216 півциклів | 1/256 повного циклу або 1/128 півциклу |
Поле "Індикатор частоти" містить інформацію про частоту несучої, на якій проводилися вимірювання. Декодування значень поля наведено в Таблиці 13.
| Значення | Вміст |
|---|---|
| 0 | Частота L1 |
| 1 | Іоносферна різниця (дві частоти) |
| 2 | Частота L2 |
| 3 | Спеціальний |
Поле "Час вимірювання GPS" містить інформацію, що використовується для підвищення роздільної здатності модифікованого Z-рахунку в перших двох словах повідомлення.
Поле "Індикатор довжини хвилі" містить інформацію про довжину хвилі. Стан "0" використовується для позначення половини довжини хвилі. Стан "1" — повна довжина хвилі.
Поле "Індикатор коду" містить інформацію про використаний код. Стан "0" — код C/A. Стан "1" — P-код.
Поле "Якість даних" містить інформацію про похибку вимірювання фази несучої. Оцінювання проводиться за формулою:
\[ \frac{1}{256} \cdot e^{\frac{x}{\sqrt{3}}} \]
де x — десятковий еквівалент значення поля "Якість даних".
Відповідність значень, переданих у полі "Якість даних" повідомлення 18, та їхніх десяткових еквівалентів наведено в Таблиці 14.
| Значення | Фазова похибка (цикли) |
|---|---|
| 0 | Фазова похибка 0.00391 |
| 1 | 0.00696 |
| 2 | 0.01239 |
| 3 | 0.02208 |
| 4 | 0.03933 |
| 5 | 0.07006 |
| 6 | 0.12480 |
| 7 | > 0.12480 |
Поле "Індикатор втрати безперервності" містить інформацію про безперервність вимірювань фази несучої. Його значення збільшується кожного разу, коли втрачається безперервність вимірювання фази несучої.
Структуру інформаційної частини повідомлення "Некориговані вимірювання фази несучої" для одного супутника GPS наведено в Таблиці 15.
| Слово | 12 | 34 | 5 ... 24 | 25...30 | ||||||||||||||||||||||||||||
| F | Зарезервовано | Час вимірювання GPS | Парність | |||||||||||||||||||||||||||||
| Слово 4 | 1 | 2 | 3 | 4...8 | 9...11 | 12...16 | 17...24 | 25...30 | ||||||||||||||||||||||||
| HF | PC | Зарезервовано | ID супутника | Якість даних | CLCI | Фаза несучої (старший байт) | Парність | |||||||||||||||||||||||||
| Слово 5 | 1...24 | 25...30 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| Фаза несучої (3 молодші байти) | Парність | |||||||||||||||||||||||||||||||
Розмір повідомлення "Некориговані вимірювання фази несучої" для 10 супутників становить 960 бітів.
Формат повідомлення "Некориговані вимірювання псевдодальності"
Повідомлення 19 містить дані про некориговані вимірювання псевдодальності.
Вміст повідомлення 19 для одного супутника наведено в Таблиці 16.
| Параметр | Кількість бітів | Діапазон | Масштабний коефіцієнт (Стан) |
|---|---|---|---|
| Індикатор частоти (F) | 2 | 0-3 | Див. Таблицю 13 |
| Інтервал згладжування (SM) | 2 | 0-3 | Див. Таблицю 17 |
| Час вимірювання GPS | 20 | 0-599999 мкс | 1 мкс |
| Індикатор коду (PC) | 1 | 0-1 | "0" — код C/A "1" — P-код |
| ID супутника (IDS) | 5 | 1-32 | Див. Таблицю 4 |
| Якість даних (DQ) | 4 | 0-15 | Див. Таблицю 18 |
| Похибка багатопроменевості | 4 | 0-15 | Див. Таблицю 19 |
| Псевдодальність | 32 | 0-85899345.90 м | 0.02 м |
Поля "Індикатор частоти", "Інтервал згладжування", "Час вимірювання GPS", "Індикатор коду", "ID супутника", "Похибка багатопроменевості" мають той самий зміст і формуються так само, як у повідомленні типу 18.
Поле "Інтервал згладжування" містить інформацію про часовий інтервал для згладжування псевдодальності. Декодування значень цього поля наведено в Таблиці 17.
| Значення | Інтервал згладжування (хв) |
|---|---|
| 0 | 0-1 |
| 1 | 1-5 |
| 2 | 5-15 |
| 3 | Не визначено |
Поле "Якість даних" містить інформацію про похибку вимірювання псевдодальності. Оцінювання проводиться за формулою:
0.02 ⋅ e0.4⋅x
де x — десятковий еквівалент значення поля "Якість даних".
Відповідність значень, переданих у полі "Якість даних" повідомлення 19, та їхніх десяткових еквівалентів наведено в Таблиці 18.
| Значення | Похибка псевдодальності (м) |
|---|---|
| 0 | Похибка псевдодальності 0.020 |
| 1 | 0.030 |
| 2 | 0.045 |
| 3 | 0.066 |
| 4 | 0.099 |
| 5 | 0.148 |
| 6 | 0.220 |
| 7 | 0.329 |
| 8 | 0.491 |
| 9 | 0.732 |
| 10 | 1.092 |
| 11 | 1.629 |
| 12 | 2.430 |
| 13 | 3.625 |
| 14 | 5.409 |
| 15 | > 5.409 |
Поле "Похибка багатопроменевості" містить інформацію про похибку, спричинену багатопроменевістю. Оцінювання проводиться за формулою:
\( 0.1 \cdot e^{0.4 \cdot x} \)
де \( x \) — десятковий еквівалент значення поля "Похибка багатопроменевості".
Відповідність значень, переданих у полі "Похибка багатопроменевості" повідомлення 19, та їхніх десяткових еквівалентів наведено в Таблиці 19.
| Значення | Похибка багатопроменевості (м) |
|---|---|
| 0 | Похибка багатопроменевості 0.100 |
| 1 | 0.149 |
| 2 | 0.223 |
| 3 | 0.332 |
| 4 | 0.495 |
| 5 | 0.739 |
| 6 | 1.102 |
| 7 | 1.644 |
| 8 | 2.453 |
| 9 | 3.660 |
| 10 | 5.460 |
| 11 | 8.145 |
| 12 | 12.151 |
| 13 | 18.127 |
| 14 | > 18.127 |
| 15 | Похибка не визначена |
Структуру інформаційної частини повідомлення "Некориговані вимірювання псевдодальності" для одного супутника GPS наведено в Таблиці 20.
Розмір повідомлення "Некориговані вимірювання псевдодальності" для 10 супутників становить 960 бітів.
| Слово 3 | 12 | 34 | 5...24 | 25...30 | |||||||||||||||||||||
| F | Інтервал згладжування | Час вимірювання GPS | Парність | ||||||||||||||||||||||
| Слово 4 | 1 | 2 | 3 | 4...8 | 9 | 10...12 | 13...16 | 17...24 | 25...30 | ||||||||||||||||
| RSF | PC | Зарезервовано | ID супутника | PRSF | Якість даних | Похибка багатопроменевості | Псевдодальність (старший байт) | Парність | |||||||||||||||||
| Слово 5 | 1...16 | 17...24 | 25...30 | ||||||||||||||||||||||
| Псевдодальність (3 молодші байти) | (Зарезервовано) | Парність | |||||||||||||||||||||||
Формат повідомлення "Корекції фази несучої RTK"
Повідомлення 20 містить дані про корекції фази несучої.
Вміст повідомлення 20 для одного супутника наведено в Таблиці 21.
| Параметр | Кількість бітів | Діапазон | Масштабний коефіцієнт (Стан) |
|---|---|---|---|
| Індикатор частоти (F) | 2 | 0-3 | Див. Таблицю 13 |
| Час вимірювання GPS | 20 | 0-599999 мкс | 1 мкс |
| Індикатор довжини хвилі (HF) | 1 | 0-1 | 1 |
| ID супутника (IDS) | 5 | 1-32 | Див. Таблицю 4 |
| Якість даних (DQ) | 3 | 0-7 | Див. Таблицю 14 |
| Індикатор втрати безперервності (CLCI) | 5 | 1-32 | 1 |
| Випуск даних (IOD) | 8 | - | - |
| Корекції фази несучої | 24 | ± 32768 повних довжин хвиль або ± 65536 півхвиль | 1/256 повної довжини хвилі або 1/128 півхвилі |
Поля "Індикатор частоти", "Час вимірювання GPS", "Індикатор довжини хвилі", "Якість даних", "Індикатор втрати безперервності" мають той самий зміст і формуються аналогічно повідомленню 18.
Поле "Випуск даних" (IOD) містить дані, що використовуються для прогнозування дальності при визначенні корекції фази несучої.
Поле "Корекції фази несучої" містить фактичні корекції фази несучої.
Структуру інформаційної частини повідомлення "Корекції фази несучої RTK" для одного супутника GPS наведено в Таблиці 22.
| Слово 3 | 12 | 34 | 5...24 | 25...30 | ||||||||||||||||||||||
| F | Зарезервовано | Час вимірювання GPS | Парність | |||||||||||||||||||||||
| Слово 4 | 1 | 2...3 | 4...8 | 9...11 | 12...16 | 17...24 | 25...30 | |||||||||||||||||||
| HF | PC | Зарезервовано | ID супутника | Якість даних | CLCI | Випуск даних | Парність | |||||||||||||||||||
| Слово 5 | 1...24 | 25...30 | ||||||||||||||||||||||||
| Корекції фази несучої | Парність | |||||||||||||||||||||||||
Розмір повідомлення "Корекції фази несучої RTK" для 10 супутників становить 960 бітів.
Формат повідомлення "Корекції псевдодальності RTK"
Повідомлення 21 містить дані про корекції псевдодальності.
Вміст повідомлення 21 для одного супутника наведено в Таблиці 23.
| Параметр | Кількість бітів | Діапазон | Масштабний коефіцієнт (Стан) |
|---|---|---|---|
| Індикатор частоти (F) | 2 | 0-3 | Див. Таблицю 13 |
| Інтервал згладжування (SM) | 2 | 0-3 | Див. Таблицю 17 |
| Час вимірювання GPS | 20 | 0-599999 мкс | 1 мкс |
| Масштабний коефіцієнт швидкості зміни дальності (RSF) | 1 | 0-1 | "0" — 0.002 м/с "1" — 0.032 м/с |
| Індикатор коду (PC) | 1 | 0-1 | "0" — код C/A "1" — P-код |
| ID супутника (IDS) | 5 | 1-32 | Див. Таблицю 4 |
| Масштабний коефіцієнт псевдодальності (PRSF) | 1 | 0-1 | "0" — 0.02 м "1" — 0.32 м |
| Якість даних (DQ) | 4 | 0-15 | Див. Таблицю 18 |
| Похибка багатопроменевості | 4 | 0-15 | Див. Таблицю 19 |
| Випуск даних (IOD) | 8 | - | - |
| Корекція псевдодальності | 16 | ± 655.34 м або ± 10485.44 м | ± 0.02 м або ± 0.32 м |
| Корекція швидкості зміни дальності | 8 | ± 0.254 м/с або ± 4.064 м/с | ± 0.002 м/с або ± 0.032 м/с |
Поля "Індикатор частоти", "Інтервал згладжування", "Час вимірювання GPS", "Індикатор коду", "ID супутника", "Похибка багатопроменевості" мають той самий зміст і формуються так само, як у повідомленні типу 19.
Поля "Масштабний коефіцієнт швидкості зміни дальності" та "Масштабний коефіцієнт псевдодальності" визначають значення LSB для відповідного параметра.
Поле "Якість даних" містить інформацію про похибку вимірювання псевдодальності. Оцінювання проводиться за формулами:
0.02 ⋅ e0.4⋅x для масштабного коефіцієнта псевдодальності, що дорівнює 0.02 м
або
0.4907 ⋅ e0.4⋅x для масштабного коефіцієнта псевдодальності, що дорівнює 0.32 м,
де x — десятковий еквівалент значення поля "Якість даних".
Відповідність значень, переданих у полі "Якість даних" повідомлення 21, та їхніх десяткових еквівалентів наведено в Таблиці 24.
| Значення | Похибка псевдодальності (м) | |
|---|---|---|
| Масштабний коефіцієнт 0.02 м | Масштабний коефіцієнт 0.32 м | |
| 0 | 0.020 | 0.491 |
| 1 | 0.030 | 0.732 |
| 2 | 0.045 | 1.092 |
| 3 | 0.066 | 1.629 |
| 4 | 0.099 | 2.430 |
| 5 | 0.148 | 3.625 |
| 6 | 0.220 | 5.409 |
| 7 | 0.329 | > 5.409 |
Поле "Випуск даних" (IOD) містить дані, що використовуються для прогнозування дальності при визначенні корекції псевдодальності.
Структуру інформаційної частини повідомлення "RTK Корекції псевдодальності" для одного супутника GPS наведено в Таблиці 25.
| Слово 3 | 12 | 34 | 5...24 | 25...30 | |||||||||||||||||||||
| F | Інтервал згладжування | Час вимірювання GPS | Парність | ||||||||||||||||||||||
| Слово 4 | 1 | 2 | 3 | 4...8 | 9 | 10...12 | 13...16 | 17...24 | 25...30 | ||||||||||||||||
| RSF | PC | Зарезервовано | ID супутника | PRSF | Якість даних | Похибка багатопроменевості | Псевдодальність (старший байт) | Парність | |||||||||||||||||
| Слово 5 | 1...16 | 17...24 | 25...30 | ||||||||||||||||||||||
| Псевдодальність (3 молодші байти) | (Зарезервовано) | Парність | |||||||||||||||||||||||
Розмір повідомлення "RTK Корекції псевдодальності" для 10 супутників становить 960 бітів.
Формат повідомлення "Диференціальні корекції GLONASS"
Повідомлення 31 містить дані про диференціальні корекції для всіх супутників GLONASS, видимих для СКК. Передача корекцій для одного супутника GLONASS вимагає 40 бітів. Дані про диференціальні корекції для одного супутника GLONASS, передані у повідомленні 31, наведені в Таблиці 26.
| Параметр | Кількість бітів | Діапазон | Масштабний коефіцієнт |
|---|---|---|---|
| Масштабний коефіцієнт (FS) | 1 | 0-1 | — |
| UDRE | 2 | 0-3 | — |
| ID супутника (IDS) | 5 | 1-32 | — |
| Корекція псевдодальності (PRC) | 16 | ±655.34 або ±10485.44 м | 0.02 або 0.32 м |
| Корекція швидкості зміни дальності (RRC) | 8 | ±0.254 або ±4.064 м/с | 0.002 або 0.032 м/с |
| Час даних (Tb) | 7 | — | — |
Поле "Час даних" (Time of Data) використовується для тих самих цілей, що й поле "Випуск даних" (IOD) у повідомленні 1 для GPS. Поле займає 7 бітів і має масштабний коефіцієнт 15 хвилин. Формат часу — час UTC.
Структуру інформаційної частини повідомлення "Диференціальні корекції GLONASS" наведено в Таблиці 27. Залежно від кількості видимих супутників, формат останнього слова повідомлення змінюватиметься. Останнє слово в повідомленні може мати поле "Заповнення" (Fill) для завершення кадру. Розмір цього поля може бути 0, 8, 16 бітів.
| Слова 3, 8, 13, 18 | 1 | 2...3 | 4..8 | 9..24 | 25..30 | |||||
| FS | UDRE | ID супутника | Корекція псевдодальності | Парність | ||||||
| Слова 4,9,14,19 | 1...8 | 9 | 10...16 | 17 | 18...19 | 20...24 | Парність | |||
| Корекція швидкості зміни дальності | Зарезервовано | Час даних | FS | UDRE | ID супутника | Парність | ||||
| Слова 5, 10, 15, 20 | 1...16 | 17...24 | 25..30 | |||||||
| Корекція псевдодальності | Корекція швидкості зміни дальності | Парність | ||||||||
| Слова 6,11,16,21 | 1 | 2...8 | 9 | 10...11 | 12...16 | 17...24 | 25...30 | |||
| Зарезервовано | Час даних | FS | UDRE | ID супутника | Корекція псевдодальності (старший байт) | Парність | ||||
| Слова 7, 12, 17, 22 | 1...8 | 9...16 | 17 | 18...24 | 25...30 | |||||
| Корекція псевдодальності (молодший байт) | Корекція швидкості зміни дальності | Зарезервовано | Час даних | Парність | ||||||
| Слова N+2 (N=1, 4, 7, 10) | 1...8 | 9 | 10...16 | 17...24 | 25...30 | |||||
| Корекція швидкості зміни дальності | Зарезервовано | Час даних | Заповнення | Парність | ||||||
| Слова N+2 (N=2, 5, 11) | 1 | 2...8 | 17...24 | 25...30 | ||||||
| Зарезервовано | Час даних | Заповнення | Парність | |||||||
Розмір повідомлення "Диференціальні корекції GLONASS" для 10 супутників становить 560 бітів.
Формат повідомлення "Позиція СКК у PZ-90"
Повідомлення 32 містить координати антени СКК у системі PZ-90. Вміст і формат повідомлення 32 схожі на повідомлення 3 для GPS.
Формат повідомлення "Інформація про цілісність GLONASS"
Повідомлення 33 містить інформацію про стан видимого сузір’я супутників GLONASS. Вміст і формат повідомлення 33 схожі на повідомлення 5 для GPS.
Формат повідомлення "Високошвидкісні диференціальні корекції GLONASS"
Повідомлення 34 містить інформацію про диференціальні корекції для трьох супутників GLONASS. Формат повідомлення 34 повністю ідентичний формату повідомлення 31 для трьох супутників GLONASS.
Повідомлення 34 використовується при високій швидкості зміни корекцій. Упаковка диференціальних корекцій групами по три супутники призводить до зменшення середнього віку корекцій, що покращує їх використання в обладнанні користувача.
Розмір повідомлення "Високошвидкісні диференціальні корекції GLONASS" становить 210 бітів.
2. Кодування інформації про диференціальні корекції та формування бітів парності виконується згідно з таким алгоритмом.
Розрахунок поля "Модифікований Z-рахунок". Значення поля "Модифікований Z-рахунок" розраховується за такою формулою:
\( t_{z-count} = \text{int} \left\lfloor \frac{t_{gps} - 3600 \cdot \text{int} \left\lfloor \frac{t_{gps}}{3600} \right\rfloor }{0.6} \right\rfloor \)
де \( t_{gps} \) — час GPS, а «int» означає взяття цілої частини.
Кодування бітів парності.
Значення бітів парності розраховуються за такими формулами:
\( D_{24} = D_{24} + D_{30}^{*} \)
\( D_{25} = D_{29}^{*} + d_1 + d_2 + d_3 + d_5 + d_6 + d_{10} + d_{11} + d_{12} + d_{13} + d_{14} + d_{17} + d_{18} + d_{20} + d_{23} \)
\( D_{26} = D_{30}^{*} + d_2 + d_3 + d_4 + d_6 + d_7 + d_{11} + d_{12} + d_{13} + d_{14} + d_{15} + d_{18} + d_{19} + d_{21} + d_{24} \)
\( D_{27} = D_{29}^{*} + d_1 + d_3 + d_4 + d_5 + d_7 + d_8 + d_{12} + d_{13} + d_{14} + d_{15} + d_{16} + d_{19} + d_{20} + d_{22} \)
\( D_{28} = D_{30}^{*} + d_2 + d_4 + d_5 + d_6 + d_8 + d_9 + d_{13} + d_{14} + d_{15} + d_{16} + d_{17} + d_{20} + d_{21} + d_{23} \)
\( D_{29} = D_{30}^{*} + d_1 + d_3 + d_5 + d_6 + d_7 + d_9 + d_{10} + d_{14} + d_{15} + d_{16} + d_{17} + d_{18} + d_{21} + d_{22} + d_{24} \)
\( D_{30} = D_{29}^{*} + d_3 + d_5 + d_6 + d_8 + d_{10} + d_{11} + d_{13} + d_{15} + d_{19} + d_{22} + d_{23} + d_{24} \)
Di — значення бітів парності;
di — значення бітів даних;
Di* — значення останніх двох бітів попереднього слова.
Символ "+" у формулах кодування бітів парності позначає операцію "Додавання за модулем 2".
Нормалізація диференціальної корекції кодової псевдодальності.
Нормалізація значень диференціальної корекції кодової псевдодальності у повідомленнях типів 1, 9, 21 виконується за формулами:
\[ DS_{j,k} = \frac{\Delta \bar{S}_{j,k}}{0.02} \quad \text{для} \quad \Delta \bar{S}_{j,k} \leq \pm 655.34 \text{ м} \]
або
\[ DS_{i,j,17} = \frac{\Delta \bar{S}_{j,k}}{0.32} \quad \text{для} \quad \pm 655.34 \leq \Delta \bar{S}_{j,k} \leq \pm 10485.44 \text{ м} \]
де \( \Delta \bar{S}_{j,k} \) — диференціальна кодова корекція псевдодальності для j-го супутника відносно i-го приймача;
\( DS_{i,j,17} \) — нормалізована диференціальна кодова корекція псевдодальності для j-го супутника відносно i-го приймача;
Нормалізація диференціальної корекції швидкості зміни дальності.
Нормалізація значень диференціальної корекції швидкості зміни дальності у повідомленнях типів 1, 9 виконується за такими формулами:
$$D\dot{S}_{j,k} = \frac{\bar{\dot{S}}_{j,k}}{0.002} \quad \text{для} \quad \bar{\dot{S}}_{j,k} \leq \pm 0.254 \text{ м/с}$$
або
\[ D \dot{S}_{j,k} = \frac{\Delta \bar{\dot{S}}_{j,k}}{0.032} \quad \text{для} \quad \pm 0.254 \leq \Delta \bar{\dot{S}}_{j,k} \leq \pm 4.064 \text{ м/с} \]
де \( \Delta \bar{\dot{S}}_{j,k} \) — диференціальна корекція швидкості зміни дальності для j-го супутника;
\( D\dot{S}_{j,k} \) — нормалізована диференціальна корекція швидкості зміни дальності для j-го супутника відносно i-го приймача;
Нормалізація координат приймача СКК.
Нормалізація значень координат приймача СКК у повідомленнях типу 3 виконується за такими формулами:
\[ X_{i,17} = \frac{X_{i,14}}{0.01}, \quad Y_{i,17} = \frac{Y_{i,14}}{0.01}, \quad Z_{i,17} = \frac{Z_{i,14}}{0.01} \]
де \(X_{i,14}, Y_{i,14}, Z_{i,14}\) — координати i-го приймача СКК у WGS-84;
\(X_{i,17}, Y_{i,17}, Z_{i,17}\) — нормалізовані координати i-го приймача СКК у WGS-84.
Нормалізація значень фази несучої на частотах L1 та L2 у повідомленнях типу 18 виконується за формулами:
\( S1(2)_{i,j,k} = \text{int} \left\lfloor \varphi_{L1(2)i,j,k} \cdot 256 \right\rfloor \) для \( \varphi_{L1(2)i,j,k} \leq \pm 8388608 \)
або
\( S1(2)_{i,j,k} = \text{int} \left\lfloor \varphi_{L1(2)i,j,k} \cdot 128 \right\rfloor \) для \( \pm 8388608 \leq \varphi_{L1(2)i,j,k} \leq \pm 16777216 \)
де \( \varphi_{L1(2)i,j,k} \) — значення фази несучої на частоті L1 (L2) для j-го супутника відносно i-го приймача, і «int» означає взяття цілої частини;
\( S1(2)_{i,j,k} \) — нормалізоване значення фази несучої на частоті L1 (L2) для j-го супутника відносно i-го приймача.
Нормалізація некоригованої кодової псевдодальності.
Нормалізація некоригованих значень кодової псевдодальності у повідомленнях типу 19 виконується за такою формулою:
\[ S_{i,j,k} = \text{int} \left\lfloor \frac{S_{i,j,k,1}}{0.02} \right\rfloor, \]
де \( S_{i,j,k,1} \) — некориговане значення кодової псевдодальності;
\( S_{i,j,k} \) — нормалізоване некориговане значення кодової псевдодальності, і «int» означає взяття цілої частини.
Нормалізація фазових значень псевдодальності на частотах L1 (L2) у повідомленнях типу 21 виконується за такими формулами:
\[ PS1(2)_{i,j,k} = \text{int} \left\lfloor S_{L1(2)i,j,k} \cdot 256 \right\rfloor, \quad \text{для } S_{L1(2)i,j,k} \leq \pm 32768 \]
або
\[ PS1(2)_{i,j,k} = \text{int} \left\lfloor S_{L1(2)i,j,k} \cdot 128 \right\rfloor, \quad \text{для } \pm 32768 \leq S_{L1(2)i,j,k} \leq \pm 65536 \]
де \( S_{L1(2)i,j,k} \) — значення фази несучої на частоті L1 (L2) для j-го супутника відносно i-го приймача;
\( PS1(2)_{i,j,k} \) — нормалізоване значення корекції фази несучої на частоті L1 (L2) для j-го супутника відносно i-го приймача, і «int» означає взяття цілої частини.
Освітній результат: Наведені таблиці та формули ілюструють, як дані корекції GNSS у стилі RTCM SC-104 можуть бути представлені в компактних історичних форматах повідомлень. Цей навчальний приклад використовує концепції відкритих форматів даних, такі як структура 30-бітного слова, поля парності, масштабні коефіцієнти, бітове пакування, експоненціальна квантизація похибок, циклічні лічильники та цілочисельна нормалізація, для пояснення історичного форматування навігаційних повідомлень у некомерційному інженерному контексті.