تصحیحات در GNSS، با چه فرمتی ارسال می‌شود؟

در این مقاله با فرمت تصحیحات ارسال شده در GNSS آشنا می‌شوید.

RTK

RTCM یک پروتکل ارتباطی برای ارسال تصحیحات تفاضلی (DGPS) به گیرنده GPS از منبع ثانویه مانند گیرنده رادیویی و یا ایستگاه مرجع است. این استاندارد برای کمیته ویژه 104 کمیسیون فنی رادیویی خدمات دریایی (RTCM) نامگذاری شده است که آن را ایجاد کرده است. این قالب منبع پیام‌ها را مشخص نمی‌کند و با سیستم‌هایی مانند رادیو دریایی موج بلند، پخش‌های ماهواره‌ای ارتباطی و توزیع اینترنتی استفاده شده است.

اولین نسخه پرکاربرد این فرمت در سال 1990 منتشر شد و بر اساس بسته 30 بیتی استفاده شده توسط ماهواره‌های GPS، معروف به “قاب” بود. هر پیام با سرصفحه دو فریم استاندارد شده و سپس یک یا چند فریم داده به دنبال آن شروع شد. فریم‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که شبیه GPS باشند تا ادغام در گیرنده‌های GPS را آسان‌تر کنند.

یک فرمت جدید در سال 2003 برای نسخه 3 استاندارد معرفی شد که از قالبی با طول متغیر برای بهبود کارایی و افزایش تعداد پیام‌های قابل ارسال استفاده می‌کرد و برای ارسال تصحیحات مربوط به GPS به صورت آنی مهم بود. استاندارد جدید همچنین تعداد انواع پیام‌های ممکن را تا حد زیادی افزایش داد. به عنوان بخشی از فرآیند استاندارد، نام استاندارد تغییر کرد و نسخه 3.1 به استاندارد 3.1 RTCM تبدیل شد.

  • نسخه 1:

فرمت اصلیRTCM  به عنوان یک استاندارد اولیه در سال 1985 منتشر شد، اما هرگز به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفت. نسخه 2 جایگزین آن شد که بسیار شبیه به نسخه‌ی 1 است.

  • نسخه 2:

RTCM نسخه 2 در ژانویه 1990 منتشر شد و آخرین به‌روزرسانی به 2.3 در ماه اوت 2001 منتشر شده است.

 

RTCM نسخه 2 مبتنی بر مجموعه‌ای از “کلمات” 30 بیتی با طول ثابت است که در پیام‌های طولانی‌تری به نام “فریم” در کنار هم قرار می‌گیرند. همه کلمات با یک کد 6 بیتی “برابر” با استفاده از الگوریتم مشابه سیگنال‌های GPS، بر اساس کد، به پایان می‌رسند. با این کار 24 بیت برای داده در دسترس باقی می‌ماند. این قالب مخصوصا بر اساس پیام‌های GPS مدل‌سازی شد تا جنبه‌ی عمومی بودن خود را حفظ کند. داده‌های 24 بیتی در پیغام جداگانه استخراج می‌شوند و به صورت رشته‌هایی از داده‌های 6 بیتی با یک بیت آغازین 1 و بیت پایانی 0 کدگذاری شده و یک مقدار 8 بیتی برای استفاده در فایل متنی (ASCII)  تولید می شود. داده‌ها بر خلاف LSB ASCII در مهم‌ ترین فرمت بیت کدگذاری می‌شوند، بنابراین برای بازگرداندن آن به فرمت اصلی پس از دریافت، مقداری رمزگشایی لازم است.


همه فریم‌ها با یک هدر دو کلمه‌ای استاندارد شروع می‌شوند. کلمه اول با یک عدد شروع می‌شود، “مقدمه” 8 بیتی همیشه حاوی 01100110 است. شش بیت بعدی نوع پیام را از 0 تا 64 رمزگذاری می‌کند. پس از آن یک شناسه ایستگاه 10 بیتی ارائه می‌شود. قسمت دوم با یک کلمه 13 بیتی z-count و واحد زمان در GPS به همراه یک شماره توالی 3 بیتی شروع می‌شود تا اطمینان حاصل شود که فریم‌ها می‌توانند در صورت خارج از ترتیب، با طول پنج بیت مرتب شوند که تعداد کل کلمات موجود در قاب، از جمله هدر، و یک کد سه بیتی “Station Health” را می‌شمارد، و در آن 111 نشان می‌دهد که ایستگاه به درستی کار نمی‌کند.

 

در مجموع 64 نوع پیام مجاز بود و تعدادی از آن‌ها بدون استفاده برای گسترش در آینده رها شدند. استاندارد اصلی شامل شش قالب پیام، 1 برای داده‌های تصحیح، 2 برای به‌روزرسانی اصلاحات قبلی، 3 برای موقعیت ایستگاه، 6 به عنوان پیام رزرو به منظور پر کردن شکاف‌های استفاده نشده، 16 شامل 90 کاراکتر متنی دلخواه برای چک است. 59، هم برای پیام‌های اختصاصی مورد استفاده قرار می‌گیرد.


نوع 1 یک مجموعه کامل تصحیح DGPS است که توسط یک ایستگاه زمینی برای همه ماهواره‌هایی که در دید آن است پخش می‌شود. داده‌های مربوط به تصحیح یک ماهواره به 40 بیت نیاز دارد، بنابراین برای رمزگذاری کارآمد داده‌ها در 24 بیت، تصحیحات برای سه ماهواره در پنج کلمه تجمیع می‌شود. تصحیح یک ماهواره تنها با “ضریب مقیاس” 1 بیتی (S) و 2 بیتی “خطای فاصله‌ی تفاضلی کاربر” (UDRE) و سپس شناسه 5 بیتی ماهواره شروع می‌شود. 16 بیت “تصحیح شبه فاصله” (PRC) و 8 بیت “تصحیح نرخ دامنه” (RRC)، و در نهایت یک عدد 8 بیتی “چک سام”.

به عنوان مثال، یک قاب برای یک ایستگاه با پنج ماهواره قابل مشاهده از یازده کلمه 30 بیتی استفاده می‌کند که 16 بیت را در پایان کلمه آخر خالی می‌گذارد. این بیت‌ها با 1 و 0 متناوب پر شده‌اند تا با مقدمه پیغام اشتباه گرفته نشود. پیام‌های کوتاه‌تر پیام نوع 2 است که برای ارسال به‌‌روزرسانی‌ های دوره‌ای تصحیحات موجود به شکل فشرده‌تر استفاده می‌شود. نوع 3 برای ارسال دوره‌ای موقعیت ایستگاه زمینی استفاده می‌شود و به گیرنده این امکان را می‌دهد که مکان‌های مناسب را انتخاب کند.


در سال 1992، این گروه گرد هم آمدند تا ورودی کاربرانی را که با GPS و مشاهده‌ی  فاز (RTK) کار می‌کنند، و دقتی در حدود 1 سانتی‌متر نیاز دارند، در نظر بگیرند. انواع پیام‌های جدید به عنوان نسخه 2.1 در سال 1994 پیشنهاد و استاندارد شدند، از جمله انواع 18 و 19 برای اندازه‌گیری‌های شبه فاصله خام و 20 و 21 به عنوان تصحیحات آن. نوع 9، جایگزینی برای نوع 1 و 2 ارائه کرد و به یکی از پرکاربردترین فرمت‌ها تبدیل شد. نسخه 2.2 سال 1997 انواع 31 تا 37 را برای پشتیبانی از GLONASS اضافه کرد که نوع 31 و 32 معادل نوع 1 و 2 برای GPS است. به‌روزرسانی نهایی 2.3 2001، پیام‌های بیشتری مانند مشخصات آنتن و توضیحات در نوع 23، ارتفاع آن در نوع 24، و چندین فیلد دیگر را برای استفاده با Loran-C و بیکن‌های رادیویی اضافه کرد.

    • نسخه 3:

علاوه بر این، نسخه 3 پیام‌ها را به‌جای ارسال پیام‌های جداگانه برای انجام همان کار، با داده‌های مرتبط گروه‌بندی می‌کند. به عنوان مثال، در نسخه 2، ارسال یک پیام RTK کامل نیاز به پیام نوع 18 برای تصحیحات و 19 برای اندازه‌گیری شبه فاصله دارد، در حالی که در نسخه 3 این اطلاعات در نوع 1003 ترکیب شده است. انواع پیام‌های متعدد برای انواع مشابه تعریف شده است. اطلاعات برای بهبود بیشتر کارایی؛ نوع 1001 داده‌های GPS را فقط در فرکانس L1 دارد، در حالی که 1002 اطلاعات اضافی مختلفی را اضافه می کند و 1003 و 1004 با داده‌های L1 و L2 همین کار را انجام می‌دهند. نسخه اولیه 3.0،  13 نوع پیام را تعریف کرد، 1001 تا 1013. 1002 حاوی جزئیات برای اندازه‌گیری‌های GPS L1 است و 1004 برای هر دو موج L1 و L1 است. 1010 و 1012 معادل 1002 و 1004 برای GLONASS است. 1013 حاوی جزئیات مختلف سیستم از جمله شماره هفته GPS است. 1005، 1006 و 1007 حاوی جزئیاتی در مورد ایستگاه هستند و 1007 ارتفاع آنتن را اضافه می‌کند. پیام‌های موقعیتی، 1002 یا 1004 و 1010 یا 1012، تقریباً یک بار در ثانیه از هر ایستگاه خاص ارسال می‌شوند. به تدریج این مجموعه گسترش یافته و شامل 1019 گذرگاه GPS است و به‌ روزرسانی‌های مدار را ارائه می‌دهد و می‌توان از آن برای لاک کردن سریع‌تر به ماهواره‌ها استفاده کرد. 1020 برای GLONASS ephemeris است. این‌ها اطلاعات خیلی کمیاب هستند، زیرا همان اطلاعات به صورت دوره‌ای توسط خود ماهواره‌ها نیز ارسال می‌شود. پیغام‌های متعددی نیز برای سایر منظومه‌ها ارسال می‌شود به عنوان مثالGalileo  (1045) 1046 (QZSS) 1044 (BeiDou) و… اضافه شد. یکی دیگر از موارد اضافه شده به این سیستم، نماینده ایالتی سازمان فضایی (SSR) است که برای به‌روز‌رسانی دوره‌ای اطلاعات در ماهواره‌ها استفاده می‌شود، و پیام‌های سیگنال چندگانه (MSM) که به داده‌های مجموعه‌های مختلف از ماهواره‌ها اجازه می‌دهد تا با استفاده از یک فرمت واحد ترکیب شوند. MSM همچنین به گیرنده‌های اصلی اجازه می‌دهد تا تصحیحات داپلر را اضافه کنند، که بیشتر برای رفع ابهام هنگام استفاده از سیگنال‌های L1 توسط گیرنده‌های متحرک استفاده می‌شود.

مطالب ویژه