航海无线电指向标差分北斗系统播发标准研究摘要：航海无线电指向标（RBN）差分全球卫星导航系统作为一种差 分增强定位系统，在船舶进港靠泊时可以大大提高定位精度，增强了船舶 近海航行和作业的安全本文介绍了国际海运事业无线电技术委员会 （RTCM） 104特委会全球卫星导航系统服务标准，并基于2. 3版定义了北 斗系统差分应用的电文，通过试验验证了航海无线电指向标载频上同步播 发差分北斗和差分GPS信息的可行性，为北斗系统航海应用及其国际海事 标准化提供了有益的参考关键词：航海无线电指向标北斗卫星导航系统播发标准0引言航海无线电指向标-差分全球定位系统（RBN-DGPS）是一种全天候的 高精度海上导航定位系统，作为全球无线电导航系统（WWRNS）的组成部 分在全球范围内获得了广泛应用，为沿海航行的船舶提供免费的高精度导 助航服务目前，国际航标协会（IALA）公布的数据显示，全球已有50 余个国家和地区，运行中的RBN-DGPS台站达400余座[1],我国目前在运 行的RBN-DGPS台站达22座，已基本覆盖我国沿海国际上基于航海无线 电指向标的地基增强系统，包括GPS、GLONASS> QZSS、GALILEO等，均采 用国际海运事业无线电技术委员会（RTCM） 104特委会制定的差分卫星导 航系统数据格式和接收机接口的推荐标准，相关国家针对不同的应用需求 建立了相应的播发标准，我国的交通行业标准为“沿海无线电指向标-差 分全球定位系统播发标准（JT 377-1998）。
2014年11月，国际海事组织（IMO）海上安全委员会第94次会议审 议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通函，标志着我国北斗卫星 导航系统正式成为WWRNS的组成部分，取得面向海事应用的合法地位，服 务世界航海用户获得IMO认可后，我国正积极推进国际电工委员会（IEC）、 国际航标协会（IALA）、RTCM.国际电信联盟（ITU）等国际技术组织的标 准、规范、指南文件的制定和修订，以实现北斗系统进一步在国际海事领 域的全方位应用交通运输部北海航海保障中心积极推动北斗系统国际航 海应用进程，在航海无线电指向标差分北斗系统研发、建设以及标准研究 方面进行了大量的工作，并取得了诸多成果1 RTCM差分北斗系统设计和实现近年来，交通运输部北海航海保障中心开展了系列化北斗航海保障应 用的研究和开发，通过预留的RTCM电文，进行了 RBN差分北斗的试验研 究，实现了在航海无线电指向标载频上同步播发差分北斗和差分GPS信息, 并于2013年底在天津上古林建立了试验播发台站，截至目前，系统运行 正常稳定，播发台站设备如图1所示左面两个机柜为现有的RBN-DGPS播发系统，右一为RBN-CDBDS+DGPS） 系统，包含了 2个基准站，1个完善性监测站、输入/输出接口和监控计算 机，右二为航海无线电指向标发射机，发射功率为200瓦时，可用信号传 输距离为300公里左右。
试验播发台的参数如表1T2 RBN差分北斗标准研究2. 1 RTCM标准发展现状国际海运事业无线电技术委员会(RTCM)于1983年11月为全球推广 应用差分GPS业务设立了 SC-104专门委员会，以便论证用于提供差分GPS 业务的各种方法，并制定了标准差分协议1985年发表了 Verl. 0版本的 建议文件经过5年的试验，于1990年公布了 Ver2. 0版本，该版本中只 有伪距差分的信息，没有载波相位的信息，主要为导航服务为了满足载 波相位差分技术的要求，1993 RTCM委员会推出了 Ver2. 1版本，增加了与 载波相位差分技术相关的电文，即电文18-21,其他的和Ver2. 0版本相同 为了应用俄罗斯的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System-GLONASS), 1998 年 1 月公布了 Ver2. 2 版本Ver2. 2 版本和 Ver2. 1 版本相比较，主要增加了支持GLONASS差分导航电文，同时在相应的电文 中增加了区分GPS卫星和GLONASS卫星的标志2001年出版了 Ver2. 3版 本，定义了电文23和24随着网络差分GPS的出现，RTCM的Ver3. 0版 本也即将出版，增加用于传输网络差分改正数的电文。
另外为了克服 Ver2. 1版本中存在的不足之处，特别是针对精度问题和数据传输量的问 题，1993年德国的Geo++提出了 RTCM++版本该版本中减少或压缩了原有 的数据，经处理后的数据通过私有电文59发送，同时可利用电文59发送 附加信息以提高定位的精度另外Geo++还在RTCM++协议的基础上提出了 RTCM-Adv协议，RTCM-Adv增加了可设置密码的功能和传输区域改正数的 功能新版本提高了差分改正数的抗差性能，增大了可用信息量，提高 了定位精度伪距差分的精度由原来版本的8-10 m提高到1 m左右，载 波相位差分可达到cm级精度目前，RTCM 2. 3格式为RTCM 104委员会版本的RTCM 2. X的最新版本 RTCM2. 3相比以往的版本，更好地支持了 RTK定位技术，也是目前使用比 较广泛的RTCM版本为了与原有的RBN-DGPS系统实现兼容，兼容北斗的 差分系统标准必须基于原有的RTCM2. 3进行修订2. 2 RTCM 2. 3标准电文格式[2]RTCM差分协议共定义了 64种电文，每种电文帧长为（N+2）个字，其 中电文头两个字，称为通用电文电文信息包含在N个字中，N随电文类 型不同而不同，同类电文可能由于卫星的个数不同也不相同。
RTCM电文是 由二进制的数据流组成，每个字由30bits构成，分解为5个6bits的字 节，这样允许在标准计算机通用异步收发机（UART）间串行传送如果所 用的UART提供8bits的字节，则必须从通讯缓冲器中读取后立即去掉两 个最高位第25〜30位构成字节5,字节5为奇偶校验码，用于检验接收 到的电文信息 根据2001年制定的Ver2. 3版本，64种电文中，其中有37种电文已经定义，具体见表2-1RTCM电文的电文头之所以称为通用电文，是因为每种电文的电文头的 格式和内容完全相同其格式和内容如表2-2所示：8个比特的引导字固定为01100110，供用户搜索同步使用，必须通过 第一和第二个字的奇偶校验，才能确认该引导字是否正确帧识别是确定 电文的类型基准站识别是给出基准站的序号名称修正Z计数是时间计 数，是电文参数的参考时间，范围仅有一个小时，用户可根据流动站的时 间确定Z计数对应的准确GPS时，与GPS电文的Z计数不同之处是将其分 辨率从6s提高到了 0.6s序号是按下一帧第二个字码逐一增加，帧长是 表示接收到的电文的长度，用于电文解码对序号和帧长解码，可确定下 一个引导字的位置。
基准站的健康状况的代码表示基准站是否正常运行，具体含义见如下 表所示：UDRE (User Differential Range Error)表示用户测距误差RTCM协议中，用于GPS伪距差分的主要是电文1、电文2和电文3, 有时还用到电文92. 3北斗差分相关电文将RTCM2. 3标准电文中的类型41, 42作为北斗伪距差分改正数的格 式类型，41类似于GPS的类型1, 42类似于GPS的类型9类型41电文 向用户提供北斗伪距改正数及其变化率，类其电文格式与类型1电文格式 相同，见图2和表2-4区分IODE的问题：北斗伪距差分算法与GPS相同，但是由于北斗星历中的IODE( Issue of Data, Ephemeris)相同，按照GPS同样进行改正数播发，无法保证流动 站与基准站计算的改正数使用同一个星历，因此提出利用星历中的参考时 间，按照以下方法生成新的I0DE (0-252),解决该问题TOE (Time of Ephemeris)的范围为(0-604800),同一周内的不同 时刻的TOE不同因此可通过一个映射函数，按时间顺序，采用一定范围 内的TOE唯一确定一个I0DE,如下式所示：其中int为取整符号，根据该式进行计算即可得到北斗广播星历的 IODEo在获得了新的I0DE后，就可以按照常规的伪距差分算法进行北斗伪 距差分定位。
类型42电文为部分卫星北斗伪距差分改正数，类型42电文与类型41 电文类似，只是每次传输的卫星数为3个或以下，适用于RBN差分播发系 统2.4发射特性为了保持与原有系统的兼容，差分GPS数据格式按照原有的RBN-DGPS 系统进行目前主要包括两种格式:RTCM2. 3类型1和RTCM2. 3类型9-3 在实际的使用过程中，由于RTCM2. 3类型1数据量相对较大，因此通常使 用的是RTCM2. 3类型9-3进行播发为了保持与原有GPS差分播发的兼容 性，在本试验方案中，GPS差分数据的播发采用RTCM2. 3类型9-3格式目前，RTCM2. 3格式不支持北斗的差分信息格式，并且国家尚未正式 制定出RTCM2. 3包含北斗的标准因此，为了与增加北斗差分格式的播发, 提出了 RTCM标准的修改意见，将标准电文中的类型41, 42作为北斗伪距 差分改正数的格式类型，41类似于GPS的类型1, 42类似于GPS的类型9 在RBN-DGPS系统中播发的是RTCM2. 3类型9,因此北斗播发采用类型42 信号发射特性如下：(1) 航海无线电指向标频带RBN-CDBDS+DGPS)使用分配给航海无线电指向标用的285kHz至325kHz 的频带发射信息。
被选择用于RBN- (DBDS+DGPS)系统的航海无线电指向 标应用一个整数频率播发差分信息和辅助信息2) 信号调制RBN- (DBDS+DGPS)差分信号的调制方式为最小频键控(MSK)3) 发射类别发射类别为调相单信道数据传输(G1D)4) 数据传送速率RBN- (DBDS+DGPS)差分信息以类型9和类型42电文进行传送时，速 率应为200bps o(5) 信号场强系统正常运行时，在规定的覆盖区域内，(DBDS+DGPS)信号的最小场 强应为75 u V/mo3结语本文中推荐采用RTCM 2. 3版中的类型41和42电文进行差分北斗应 用，并进行了相关试验和测试，定位精度，信号可用性、稳定性等均达到 了 IMO A. 1046决议的相关要求目前中国海事局已正在对我国现有22座 RBN-DGPS台站进行升级改造，使其实现在现有航海无线电指向标载频上同 步播发差分北斗和差分GPS信息，为沿海航海用户提供精度更高，稳定性 更好的服务船舶设备制造商可以据此生产此类型的差分接收设备进行试 用，但需注意的是相关国际标准尚未最终确定，船载设备应提供升级接口， 待国际标准最终确定后可以通过升级软件，实现与最新标准的兼容。
参考文献：[1] 国际航标协会官方网站：http： //www. iala-aism. org[2] RTCM Recommended Standards for Differential GNSS ServiceVersion 2. 3. 2001. 8. 20.。