فرمت تصحیحات (RTCM3 MSM (Multiple Signal Messages چیست؟

در فرمت جدید (RTCM3 MSM (Multiple Signal Messages چه چیزی به RTCM3 افزوده است؟

برای پاسخ به این بهتر است که در درجه اول با فرمت RTCM به طور کامل آشنا شوید. ما در مقاله قبلی فرمت RTCM را به طور کامل بررسی کردیم. برای مطالعه این مقاله می توانید رو لینک مقاله در زیر کلیک نمایید.

مطالعه مقاله : فرمت RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services) چیست؟

پس از معرفی کلی RTCM در مقاله قبلی، این مقاله بر توصیف ویژگی‌های جدید نسخه جدید فعلی RTCM-3.X و به ویژه MSM (پیام‌های سیگنال چندگانه) تمرکز خواهد کرد.

شرح تغییرات RTCM-3

با اضافه شدن فناوری‌های جدید و GNSS جدید (شامل سیستم‌های جدید در حال اجرا و برنامه‌ریزی شده)، پروتکل‌های استاندارد قدیمی دیگر نمی‌توانستند دقیق‌ترین الزامات کاربردی را به شیوه‌ای کارآمد پشتیبانی کنند، بنابراین انواع پیام‌های جدید برای تطبیق با اطلاعات و فناوری جدید اضافه شدند.

RTCM نسخه ۳، نسخه فعلی و در حال تکامل استاندارد RTCM، به جای ارسال پیام‌های جداگانه برای انجام یک کار مشابه، پیام‌ها را با داده‌های مرتبط ترکیب می‌کند.

RTCM نسخه ۳ طبق انتشار رسمی استاندارد RTCM، چندین نسخه از RTCM-3.X به ترتیب انواع پیام‌های مهم زیر را اضافه کرده‌اند:

نسخه ۳.۱: RTK شبکه GPS، اطلاعات نجومی GPS (1019)، اطلاعات نجومی GLONASS (1020)، اطلاعات نمایش فضای حالت (SSR، PPP) (1057-1068)

نسخه ۳.۲: پیام‌های سیگنال چندگانه (MSM، GPS MSM 1071-1077، GLONASS MSM 1081-1087، Galileo 1091-1097)، اطلاعات بایاس GLONASS (1230)، اطلاعات نجومی F/NAV Galileo (1045)، اطلاعات نجومی QZSS (1044)، B DS MSM (1121-1127)، QZSS MSM (1111-1117)

نسخه ۳.۳: اطلاعات نجومی BDS (۱۰۴۲)، اطلاعات نجومی Galileo I/NAV (۱۰۴۶)، S BAS MSM (۱۱۰۱-۱۱۰۷)

RTCM-3 اطلاعات نجومی را اضافه می‌کند، به‌روزرسانی‌های مدار را ارائه می‌دهد و می‌تواند برای قفل کردن سریع‌تر سیگنال‌ها استفاده شود. نجومی‌های GPS و GLONASS ابتدا در RTCM-3.1 گسترش یافتند و پس از آن RTCM-3.2 و ۳.۳ نجومی‌های Galileo، QZSS و BDS اضافه شدند.

و در نسخه ۳.۲، یک نوع پیام جدید، پیام‌های سیگنال چندگانه (MSM)، پیشنهاد شد که در ادامه به طور جداگانه معرفی خواهد شد.

علاوه بر این، اطلاعات بسیار مهم بایاس GLONASS اضافه شده است که اطلاعات کلیدی برای تولیدکنندگان GNSS است که گیرنده‌های GLONASS را در مدل‌سازی و رفع ابهام ارائه می‌دهند. دلیل اصلی این است که GLONASS از مالتی‌پلکسینگ تقسیم فرکانس (FDMA) برای تشخیص هر سیگنال ماهواره‌ای استفاده می‌کند، که با مالتی‌پلکسینگ تقسیم کد (CDMA) مورد استفاده توسط GPS متفاوت است. این امر منجر به انحراف بین فرکانسی خاصی می‌شود.

RTCM version and messages change description

پیام‌های سیگنال چندگانه MSM (Multiple Signal Messages):

همزمان با اضافه شدن سیستم‌ها و سیگنال‌های جدید GNSS، تعداد زیادی از سیگنال‌های GNSS و داده‌های رصدی در قالب‌های اختصاصی ارائه می‌شوند و رویکرد قبلی دستیابی به سازگاری از طریق تبدیل RINEX-3، قابلیت همکاری مؤثر در زمان واقعی را ندارد.

پیام‌های استاندارد GPS و GLONASS RTCM-3، که نمی‌توان آنها را به طور مؤثر به سایر سیستم‌های GNSS و سیگنال‌های دیگر تعمیم داد، به باندهای فرکانسی L1 و L2 و فقط به یک سیگنال در هر باند محدود می‌شوند. MSM (پیام‌های سیگنال چندگانه) اضافه شده در RTCM-3.2 حداکثر سازگاری با RINEX-3 را محقق می‌کند و برای جایگزینی پیام‌های قدیمی RTCM-3 (مانند MT1001-1004، MT1009-1012) استفاده می‌شود.

MSM اطلاعات ضروری را به شکلی کلی‌تر منتقل می‌کند، رمزگذاری و رمزگشایی را راحت‌تر و انعطاف‌پذیرتر می‌کند و مقیاس‌پذیری بهتری را فراهم می‌کند.

با در نظر گرفتن GPS (RTCM 1004، کد GPS L1 و L2، فاز و ابهام و نسبت حامل به نویز) به عنوان مثال، فقط یکی از L1C/A، L1C و L2C می‌تواند پخش شود، در حالی که MSM می‌تواند شامل تمام سیگنال‌های باند فرکانسی باشد.

اطلاعات BDS تنها پس از راه‌اندازی MSM توسط RTCM-3.2 پشتیبانی می‌شد. در حالت کاربرد چند صورت فلکی و چند فرکانسی امروزی، MSM به اولین انتخاب تبدیل شده است، مگر اینکه محدودیت پهنای باند وجود داشته باشد یا دستگاه‌های قدیمی از اطلاعات پیام مانند 1001-1004 و 1009-1012 استفاده کنند که باید حذف شوند.

علاوه بر این، در موقعیت‌یابی تفاضلی، ایستگاه پایه می‌تواند اطلاعات تمام باندهای فرکانسی سیستم ماهواره‌ای را پخش کند و ایستگاه سیار اغلب از یکی از باندهای فرکانسی که ترجیحاً توسط سازنده انتخاب می‌شود، پشتیبانی می‌کند. به عنوان مثال، اگر بین L2p و L2c یکی را انتخاب کنیم، L2c در اولویت قرار می‌گیرد.

انواع مختلفی از پیام‌های سیگنال چندگانه (MSM) وجود دارد. با در نظر گرفتن GPS MSM به عنوان مثال، اطلاعات موجود به شرح زیر است:

GPS MSM information

نکات: سه رقم اول از نوع پیام شماره ۱۰۷ نشان دهنده GPS، ۱۰۸ نشان دهنده GLONASS، ۱۰۹ نشان دهنده Galileo، ۱۱۱ نشان دهنده QZSS و ۱۱۲ نشان دهنده BDS است. رقم آخر نشان دهنده نوع محتوای نوع داده MSM است: ۱~۷.

MSMها به پیام‌های فشرده و پیام‌های کامل تقسیم می‌شوند، مشابه رویکرد RTCM فعلی (به عنوان مثال، ۱۰۰۳ و ۱۰۰۴، یا ۱۰۱۱ و ۱۰۱۲).

پیام‌های MSM1-MSM5 پیام‌های دقیق استاندارد هستند و MSM2 فقط شامل مشاهدات Phaserange است که انعطاف‌پذیری بیشتری را در هنگام برخورد با لینک‌های داده با پهنای باند کم و/یا انتقال‌های با نرخ بالا فراهم می‌کند.

به عنوان مثال، ایستگاه مرجع می‌تواند MSM2 را با بالاترین نرخ ممکن ارسال کند، در حالی که گاهی اوقات پیام‌های MSM3 یا MSM4 را برای ارائه داده‌های شبه‌برد اضافی و نسبت حامل به نویز (CNR) وارد می‌کند، که معمولاً در نرخ بالا مورد نیاز نیستند.

در حالی که MSM6 و MSM7 پیام‌های با دقت بالا هستند که شامل همان فیلدهای MSM4 و MSM5 به صورت نمایشی هستند، اما با وضوح بالاتر.

برای این شش MSM، پیام‌های پیشنهادی کاربردهای مورد نظر زیر را دارند:

Six MSMs and intended application (Reference: RTCM STANDARD 10403.3)

New additions in RTCM-3 and What is MSM (Multiple Signal Messages)?

Following the general introduction of RTCM in the previous article, this article will focus on describing the new additions of the current new version of RTCM-3.X and particularly the important MSM (Multiple Signal Messages).

RTCM-3 Change Description

With the addition of new technologies and new GNSS (including new systems in operation and planned), the old standard protocols could no longer support the most stringent application requirements in an efficient manner, so new message types were added to accommodate the new information and technology.

RTCM version 3, the current and evolving version of the RTCM standard, combine messages together with associated data instead of sending separate messages to accomplish the same task.

According to the official release of RTCM STANDARD, several versions of RTCM-3.X have successively added the following important message types:

Version 3.1: GPS Network RTK, GPS Ephemeris Information (1019), GLONASS Ephemeris Information (1020), State Space Representation (SSR, PPP) Information (1057-1068)

Version 3.2: Multiple Signal Messages (MSM, GPS MSM 1071-1077, GLONASS MSM 1081-1087, Galileo 1091-1097), GLONASS Bias Information (1230), Galileo F/NAV Ephemeris Information (1045), QZSS Ephemeris Information (1044), B DS MSM (1121-1127), QZSS MSM (1111-1117)

Version 3.3: BDS ephemeris information (1042), Galileo I/NAV ephemeris information (1046), S BAS MSM (1101-1107)

RTCM-3 adds ephemeris information, provides orbit updates, and can be used for faster locking signals. The GPS and GLONASS ephemeris were first expanded in RTCM-3.1, followed by RTCM-3.2 and 3.3 added Galileo, QZSS and BDS ephemeris.

And in version 3.2, a new message type, Multiple Signal Messages (MSM), was proposed, which will be introduced separately below.

In addition, the very important GLONASS bias information is added, which is key information for GNSS manufacturers that offer GLONASS receivers in modelling and ambiguity fixing. The root cause is that GLONASS uses frequency division multiplexing (FDMA) to distinguish each satellite signal, which is different from code division multiplexing (CDMA) used by GPS. This results in a certain inter-frequency deviation.

RTCM version and messages change description

Multiple Signal Messages (MSM)

At the same time as the addition of new GNSS systems and signals, a large number of GNSS signals and observation data are presented in proprietary formats, and the previous approach of achieving compatibility through RINEX-3 conversion has no effective real-time interoperability.

The standardized GPS and GLONASS RTCM-3 messages, which cannot be effectively extended to other GNSS systems and other signals, are limited to L1 and L2 frequency bands and to only one signal per band. MSM (Multiple Signal Messages) added in RTCM-3.2 realizes the maximum compatibility with RINEX-3 and is used to replace legacy RTCM-3 messages (such as MT1001-1004, MT1009-1012).

MSM transmits essential information in a more general form, making encoding and decoding more convenient and flexible, and providing better scalability.

Taking GPS (RTCM 1004, GPS L1 and L2 code, phase and ambiguity, and carrier-to-noise ratio) as an example, only one of L1C/A, L1C, and L2C can be broadcast, while MSM can contain all frequency band signals.

The BDS information was only supported after RTCM-3.2 launched MSM. In today’s multi-constellation and multi-frequency application mode, MSM has become the first choice, unless there is a bandwidth limitation or old machines will use the message information such as 1001-1004 and 1009-1012 that should be eliminated.

In addition, in differential positioning, the base station can broadcast the information of all frequency bands of the satellite system, and the mobile station often supports one of the frequency bands that is preferentially selected by the manufacturer. For example, if we choose between L2p and L2c, L2c will be given priority.

There are different types of Multiple Signal Messages (MSM). Taking GPS MSM as an example, the information included is as follows:

GPS MSM information

Notes: The first three digits of the message type number 107 represent GPS, 108 represent GLONASS, 109 represent Galileo, 111 represent QZSS, and 112 represent BDS. The last digit represents the content type of the data type MSM: 1~7.

The MSMs are split into compact messages and full messages, similar to the current RTCM approach (e.g., 1003 and 1004, or 1011 and 1012).

Message MSM1-MSM5 are standard precision messages, and MSM2 contains only Phase range observables, providing greater flexibility when dealing with low-bandwidth data links and/or high-rate transmissions.

For example, the reference station can transmit MSM2 at a rate as high as possible, while occasionally inserting MSM3 or MSM4 messages to provide additional pseudo range and carrier-to-noise ratio (CNR) data, which typically are not required at a high rate.

Whereas MSM6 and MSM7 are high precision messages, containing the same fields as MSM4 and MSM5 representatively, but with a higher resolution.

For these six MSMs, the proposed messages have the following intended applications:

Six MSMs and intended application (Reference: RTCM STANDARD 10403.3)

Reference: RTCM Special Committee NO. 104. RTCM Recommended Standards for Differential GNSS [S]. Radio Technical Commission for Maritime Services, 1998.
RTCM Official Website: http://www.rtcm.org/
WIKIPEDIA: RTCM SC-104 – Wikipedia