O 引言
GPS系統(tǒng)的精密定位服務(wù)(PPS)不對外開放，普通用戶只能使用C／A碼的標準定位服務(wù)(SPS)，雖然美國政府已經(jīng)取消實施選擇可用性(SA)政策，采用C／A碼的GPS接收機定位精度可以達到25 m(95％置信度，二維水平平面誤差)，但仍然滿足不了某些系統(tǒng)的需要。差分GPS技術(shù)可以提高實時定位精度，得到米級，甚至亞米級的定位精度。國際海事無線電技術(shù)委員會(RTCM)于1983年為差分GPS業(yè)務(wù)設(shè)立了SC-104專委會，以論述用于提供差分GPS業(yè)務(wù)的各種方法，并制定數(shù)據(jù)格式標準。目前各GPS廠家生產(chǎn)的GPS接收機，除了編制自己的專用格式外，基本上都具有接收符合RTCM SC-104標準格式的差分數(shù)據(jù)接口，且接收機價格在GPS競爭激烈的今天已日趨合理。又由于目前能發(fā)送RTCM SC-104電文的差分GPS基準站都是國外廠家生產(chǎn)的，價格昂貴，高達幾萬至十幾萬元，而GPS-OEM(原始設(shè)備制造商)板的價格便宜，不足千元就能買到，使用起來也比較靈活，利用GPS-OEM板設(shè)計的DGPS基準站同樣可以達到較高的定位精度，所以具有很大的實用價值。
1 偽距差分GPS原理
偽距差分GPS具有精度高等諸多優(yōu)點，是目前用途最廣的一種差分GPS技術(shù)，RTCM SC-104標準和幾乎所有GPS接收機的差分定位均采用這種技術(shù)。在偽距差分GPS系統(tǒng)中，基準GPS接收機可精確地求出基準站的地心坐標，并收集全部衛(wèi)星的星歷文件，計算出每一時刻所有可見，星的地心坐標，從而得到各個衛(wèi)星到基準站的真實距離Rj，同時基準GPS接收機測量出全部可見衛(wèi)星的偽距
為：
式中：△tb為基準站接收機鐘差；
為衛(wèi)星星歷誤差和衛(wèi)星鐘差；
為電離層延遲；
為對流層延遲；
為多徑效應(yīng)延遲；vb為接收機測量誤差。測量出的偽距包含各種誤差，與真距不同，此誤差就是偽距修正數(shù)：
從式(6)可以看出，修正后的偽距基本消除了衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘誤差、電離層延遲和對流層延遲、移動站接收機利用該修正后的偽距進行定位解算，可以得到更精確的定位結(jié)果。
差分GPS基準站就是完成所有可視衛(wèi)星差分修正數(shù)和修正數(shù)變化率的解算，并按照RTCM SC-104標準格式廣播給一定范圍內(nèi)的用戶，使其得到更高的定位精度。
2 RTCM SC-104電文及其編譯
RTCM電文是由若干個二進制的字組成，每30 b字分為5個6 b的字節(jié)，其中前4個字節(jié)用來傳輸差分數(shù)據(jù)信息，第5個字節(jié)用于奇偶校驗，以便用戶檢驗接收到的數(shù)據(jù)是否正確。RTCM電文采用6／8(1～6，1為最低有效位)進行數(shù)據(jù)傳輸，第7位為標志位，設(shè)置為1，第8位設(shè)置為空格。這種編碼規(guī)則對RTCM字節(jié)而言在64～127之間有效，因為二進制的1000000相當于十進制的64，二進制的1111111相當于十進制的127，凡大于127和小于64的字節(jié)對RTCM均無效。
RTCM電文可在標準計算機通用異步收發(fā)機UART間串行傳送，由于UlART為約定的非同步通訊，首先發(fā)送和接收最低有效位，每一個字節(jié)在發(fā)送前要完成“滾動”，這在效果上保持了RTCM電文的邏輯序列，這樣在發(fā)送媒介中最高有效位優(yōu)先。假設(shè)一個字節(jié)用d1，d2，d3，d4，d5，d6表示，則滾動的含義是d1和d6，d2和d5，d3和d4進行互換。
根據(jù)前述內(nèi)容，整個編碼過程大致可歸納為：
(1)獲取電文信息內(nèi)容。包括電文類型以及該項電文必須包含的信息內(nèi)容，因為每種電文的格式由于其傳輸?shù)膬?nèi)容不一樣將導(dǎo)致其具體的格式也不盡相同。
(2)編譯每個字的前4個字節(jié)的內(nèi)容。編譯每個字前4個字節(jié)時，首先必須清楚這4個字節(jié)中包含的電文信息內(nèi)容，同時必須清楚每種信息所占的比特數(shù)和所在的位置，按所在的位置順序進行編譯。
(3)編譯每個字的第5個字節(jié)，即奇偶校驗碼。前面4個字節(jié)的內(nèi)容編譯好之后，按奇偶校驗算法編譯第5個字節(jié)的內(nèi)容，同時必須保留這個字節(jié)的最后兩位數(shù)值，用于后一個字的編碼。這是RTCM電文編碼中很重要的一部分，能使用戶對所接收到的信息進行檢驗。
(4)對前4個字節(jié)的每一位與前一個字的最末一位進行模二和。模二和是二進制中的一種加法，但不采取進位。
(5)完成對每個字節(jié)的滾動。在完成對各個字節(jié)的滾動后，電文就可以通過電臺發(fā)送給流動用戶。
上文所講的是對RTCM電文一個字的編碼步驟，對RTCM的某一種電文而言，首先是編譯電文頭，然后編譯電文的主體部分。圖1是整個編碼程序流程圖。
3 基于Garmin GPS-OEM模板的DGPS系統(tǒng)設(shè)計
美國Garmin公司生產(chǎn)的型號為GPS25LP和GPSl5L的GPS接收機OEM板均是12通道的C／A碼單頻接收機。GPS25LP有2個RS 232串行數(shù)據(jù)通信接口，分別提供ASCII碼導(dǎo)航電文輸出和二進制的原始測量數(shù)據(jù)輸出，GPS25LP接收機在經(jīng)過正確的設(shè)置后，可以作為基準站GPS接收機使用。GPSl5L接收機可以通過串口2接口輸入實時差分改正數(shù)據(jù)(RTCM SC-104信息類型1，2，3，7，9)，可以作為移動站使用。利用兩個GPS-OEM模板和其他相關(guān)設(shè)備可建立簡易的差分GPS定位系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
GPS25LP-OEM作為基準站時，主要完成星歷數(shù)據(jù)與基準站GPS測量數(shù)據(jù)的接收；基準站中央處理單元完成差分改正數(shù)的計算以及RTCM SC-104電文格式的編碼；數(shù)傳鏈路完成差分數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收；移動站GPSl5L-OEM完成電文格式的解碼，結(jié)合實時接收的GPS測量數(shù)據(jù)生成高精度的GPS定位信息。
4 試驗結(jié)果
在天線靜態(tài)固定位置處(經(jīng)度1：28．232 068°；緯度1：112．991 309°，高度1：78．460 089 m；經(jīng)度2：28．232 075°，緯度2：112．991 282°，高度2：84．728 061 m)用GPS25LP和GPSl5L建立的差分系統(tǒng)和HemisphereHCl2-A差分系統(tǒng)同時觀測近10個小時的GGA數(shù)據(jù)。
自建簡易差分系統(tǒng)的經(jīng)度，緯度，高度與時間的統(tǒng)計圖如圖3所示。
用北京合眾思壯公司的GGA Parse 5．5解算軟件得出以下試驗數(shù)據(jù)對比，如圖4，圖5所示。
從統(tǒng)計圖和軟件解算坐標數(shù)據(jù)中可以看到，自建簡易差分GPS系統(tǒng)的定位精度可以保持在4 m以內(nèi)。
5 結(jié)語
通過相關(guān)理論分析可知，采用偽距差分定位可以消除衛(wèi)星時鐘誤差、軌道參數(shù)誤差、電離層效應(yīng)誤差、對流層效應(yīng)誤差等公共誤差，剩下的目標載體距離測量誤差主要來自接收機本身的通道、噪聲和地面多效應(yīng)以及衛(wèi)星信號傳播路徑不盡相同而殘存的部分傳播環(huán)境誤差。通過實驗結(jié)果驗證了分別使用GPS25LP和GPSl5L作為差分基準站和移動站建立的差分測量系統(tǒng)具有較高的定位精度，能夠為許多精確測量提供米級精準度的定位信息；并且這種DGPS測量系統(tǒng)性價比非常高，具有很高的使用價值。