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RTCM SC-104 （海上無線技術委員会特別委員会104にちなんで命名）は、単に「RTCM」とも呼ばれ、GNSS関連データを送信するための通信プロトコルです。GNSS受信機で受信した航法メッセージの記録と送信、および差分GPS（DGPS、観測空間）や（バージョン3.1修正5以降）状態空間補正などの追加補正データの記録と送信をサポートします。主な使用例は2つあります。
RTCM SC-104フォーマットはメッセージの送信元を定義しておらず、長波海上無線、通信衛星放送、インターネット（インターネットプロトコルによるRTCMのネットワーク伝送）配信など、さまざまなシステムで使用されています。
RTCM SC-104 は DGPS の唯一の標準ではありません。Trimbleは同じ基本的な目的でCompact Measurement Record (CMRx) フォーマットを導入しており、特殊な目的で使用される類似の標準が他にもいくつかあります。 [ 2 ]これらの他の標準のほとんどは、RTCM 10403.1 (RTCM 3.1) の導入により使用されなくなりました。
元のバージョンは「RTCM Standard 10401」として知られていました。[ 3 ] このフォーマットの最初の広く使用されたバージョンは1990年にリリースされ、GPS衛星で使用される30ビット長のパケット（「フレーム」として知られています）に基づいていました。各メッセージは標準化された2フレームのヘッダーで始まり、その後に1つ以上のデータフレームが続きます。フレームはGPS受信機への統合を容易にするためにGPSに似せて設計されましたが、チャネル効率が低く、一定時間内に送信できるメッセージ数が制限されるという欠点がありました。
バージョン2は「RTCM標準10402」として知られ、複数のGNSSをサポートしていた。[ 4 ]
2003年に、規格バージョン3向けに全く新しいメッセージフォーマットが導入されました。これは、効率を向上させ、送信可能なメッセージ数を増やすために可変長フォーマットを使用するもので、リアルタイムGPS補正にとって重要でした。新しい規格では、可能なメッセージタイプの数も大幅に増加しました。標準化プロセスの一環として、規格の名称が変更され、バージョン3は「RTCM規格10403」となりました。[ 5 ] 2021年5月20日現在 最新バージョンは3.3、または10403.3で、修正1と修正2が含まれています。
オリジナルのSC-104は1985年に暫定規格として発表されましたが、広く採用されることはありませんでした。非常によく似たバージョン2に置き換えられました。[ 6 ]
RTCM バージョン 2 は 1990 年 1 月にリリースされ、2001 年 8 月に 2.3 に最後にアップデートされました。[ 6 ]
RTCM バージョン 2 は、固定長 30 ビットの「ワード」のセットに基づいており、これらが連結されて「フレーム」と呼ばれるより長いメッセージになります。すべてのワードは、 GPS 信号と同じアルゴリズム（ハミング符号に基づく）を使用した 6 ビットの「パリティ」コードで終わります。これにより、データ用に 24 ビットが利用可能になります。このフォーマットは、馴染みやすさを維持するために、実際の GPS メッセージのフォーマットを意図的にモデル化しました。24 ビットのペイロード内のデータは、個々のデータに抽出され、ローカル送信用にエンコードされます。エンコードされた 6 ビットのデータ列には、先頭に 1 の開始ビット、末尾に 0 の停止ビットが付き、ASCIIベースのシリアルリンクなどで使用するのに適した単一の 8 ビット値が形成されます。データは、ASCII の最下位ビット (LSB) 形式ではなく、最上位ビット形式でエンコードされているため、受信後に元の形式に戻すには、何らかの復号化が必要です。[ 7 ]
すべてのフレームは、標準的な 2 ワードのヘッダーで始まります。最初のワードは、マジック ナンバーである 8 ビットの「プリアンブル」で始まり、RTCM バージョン 2 の場合は値が 0x66 (b01100110) です。次の 6 ビットは、メッセージ タイプ (0 ～ 64) をエンコードします。その後に 10 ビットの局 ID が続きます。2 番目のヘッダー ワードは、GPS の時間単位である z カウントの 13 ビット バージョン、フレームが順不同で到着した場合にソートできるようにするための 3 ビットのシーケンス番号、ヘッダーを含むフレーム内のワードの総数をカウントする 5 ビットの長さ、および 3 ビットの「局の状態」コードで始まります。ここで 111 は、局が正常に動作していないことを示します。[ 8 ]
合計 64 種類のメッセージ タイプが許可されましたが、そのうちのいくつかは将来の拡張のために意図的に未使用のまま残されたか、めったに使用されず後に廃止されたフォーマットでした。元の標準には 6 つのメッセージ フォーマットが含まれており、1 つは補正データ用、2 つは以前の補正を更新するためのもの、3 つは測定ステーションの位置を提供するもの、6 つは未使用のスロットを埋めるためのヌル メッセージ、16 つはテスト メッセージを送信するための任意の 90 文字の ASCII 文字を含むもの、59 つは機器ベンダーが使用する独自のメッセージ用です。[ 8 ]
タイプ 1 は、地上局が視界内のすべての衛星に対してブロードキャストする完全な DPGS 補正セットでした。 1 つの衛星の補正データには 40 ビットが必要だったため、データを 24 ビットのペイロードに効率的にエンコードするために、3 つの衛星の補正は 5 つのワードに折り畳まれました。 1 つの衛星の補正は、1 ビットの「スケール ファクター」(S) と 2 ビットの「ユーザー差分距離誤差」(UDRE) から始まり、次に衛星の 5 ビットの識別子が続きます。 補正自体は 16 ビットの「擬似距離補正」(PRC) と 8 ビットの「距離速度補正」(RRC) の 2 つの部分で構成され、最後に 8 ビットの「データ発行」番号が続きます。[ 8 ]
これにより、タイプ 1 メッセージはかなり長くなる傾向がありました。たとえば、可視衛星が 5 つある局のフレームは 11 個の 30 ビットのワードを使用し、最後のワードの末尾に 16 ビットが空きます。これらのビットは、プリアンブルとの混同を避けるために、1 と 0 を交互に埋めます。メッセージ タイプ 2 は、より短いメッセージを目的としており、既存の修正に対する定期的な更新をよりコンパクトな形式で送信するために使用されます。タイプ 3 は、地上局の位置を定期的に送信し、受信機が適切な場所を選択できるようにするために使用されます。[ 8 ]
1992年、グループは位相比較GPS（RTK）を使用しているユーザーからの意見を検討するために会合を開き、精度は1センチメートル（0.39インチ）程度でした。新しいメッセージタイプが提案され、1994年にバージョン2.1として標準化されました。これには、生の擬似距離測定用のタイプ18と19、または補正用のタイプ20と21が含まれます。新しいタイプ9はタイプ1と2の代替として提供され、最も広く使用されているフォーマットの1つになりました。1997年のバージョン2.2では、 GLONASSサポートのためにタイプ31から37が追加され、タイプ31と32はGPSのタイプ1と2に相当します。最後の更新である2001年のバージョン2.3では、タイプ23のアンテナIDと説明、タイプ24の高さ、およびLoran-Cと無線ビーコンで使用するための他のいくつかのフィールドなどのメッセージがさらに追加されました。[ 8 ]
固定幅のパケットと大きなエラー訂正オーバーヘッドのため、バージョン 2 は特に効率的ではありませんでした。これはほとんどの DGPS 用途では問題になりませんでしたが、メッセージ負荷が比較的高い RTK には不向きでした。このため、Trimble は 1996 年に独自のCompact Measurement Record (CMR) フォーマットを導入し、翌年には更新版の CMR+ を導入しました。[ 9 ]さらに、パケット フォーマットのいくつかの機能、特にパリティ システムが単語が順番に到着することに依存している方法は、インターネットなどの一部の配信システムには不向きであり、GalileoやBeiDouなどの新しいシステムの導入により、フォーマットで使用できるメッセージ フォーマットが不足し始めていました。[ 8 ]
RTCM バージョン 3 は、2004 年 2 月に最初にリリースされ[ 10 ] 、 RTCM 標準の現在のバージョンであり、継続的に進化しています。バージョン 2.3 とは対照的に、バージョン 3.x は可変長メッセージ形式を使用し、30 ビットのワードごとに 6 ビットのパリティではなく、メッセージ全体に対して単一の 24 ビット巡回冗長検査(CRC) を実行します。RTCM バージョン 2 とは対照的に、メッセージ形式は異なる 8 ビットのプリアンブル (0x66 ではなく 0xD3) で始まり、6 ビットの予約領域が続き、その後、最大 1,024 バイトのデータを許可する 10 ビットのメッセージ長が続きます。各メッセージは、独自のプライベート定義のヘッダーとデータを持ち、ヘッダーの後に続き、CRC で締めくくられます。特に RTK の場合、データの節約は大きく、バージョン 3 の RTK 補正セットは、一般的にバージョン 2 の半分の長さです。[ 11 ]
さらに、バージョン 3 では、同じタスクを実行するために個別のメッセージを送信するのではなく、関連データとともにメッセージをグループ化します。たとえば、バージョン 2 では、完全な RTK メッセージを送信するには、補正用のメッセージ タイプ 18 と擬似距離測定用のメッセージ タイプ 19 が必要でしたが、バージョン 3 では、この情報は単一のタイプ 1003 にまとめられています。効率をさらに向上させるために、同じタイプの情報に対して複数のメッセージ タイプが定義されています。タイプ 1001 は L1 周波数の GPS データのみを含み、1002 はさまざまな追加情報を追加し、1003 と 1004 は、第 2 キャリアを利用できる局に対して、L1 と L2 の両方のデータで同じことを行います。[ 12 ]
オリジナルの 3.0 リリースでは、1001 から 1013 までの 13 種類のメッセージタイプが定義されていました。1002 には L1 GPS 測定の詳細が含まれており、1004 は L1 と L2 の両方でした。1010 と 1012 は GLONASS の同等品でした。1013 には、GPS 週番号を含むさまざまなシステムの詳細が含まれていました。1005、1006、1007 には局の詳細が含まれており、1007 にはアンテナの高さが追加されています。位置メッセージ (1002 または 1004、1010 または 1012) は、特定の局から約 1 秒ごとに送信されます。局の詳細は 20 ～ 30 秒程度です。[ 13 ]
このセットはすぐに拡張され、軌道更新情報を提供し、GPS信号へのより迅速なロックオンに使用できるGPS暦を含む1019が追加されました。1020は同等のGLONASS暦です。同じ情報は衛星自体からも定期的に送信されるため、これらはまれです。ずっと後になって、Galileo F (1045)とI (1046)、QZSS (1044)、BeiDou (1042)の暦が追加されました。[ 13 ]
バージョン3.1では、ネットワークRTK動作の定義が提供されています。5回の修正が行われました。[ 14 ]
RTCM v3.1 Amendment 5 のステート空間表現 (SSR; 1057 – 1068) メッセージタイプは、ステート空間補正を提供するために使用されます。これは、擬似距離測定値 (観測空間) で動作する差分 GPS とは対照的に、衛星のクロックと軌道に対する直接的な補正を記述します。このような補正は、観測空間補正よりも広く適用可能であり、RTK に加えて、デュアル周波数のリアルタイム精密単点測位を可能にします。 [ 15 ]将来的には、SSR メッセージは電離層 (VTEC および STEC) 補正を含むように拡張され、それぞれシングル周波数のリアルタイム PPP および PPP-RTK が可能になります。[ 16 ]
RTCM v3.2 のマルチシグナルメッセージ (MSM) では、使用する周波数帯域に関係なく、同じネットワーク内の複数の衛星からのデータを 1 つのメッセージにまとめることができ、コンパクト性が向上します。異なる衛星群が同じ汎用データ形式を使用するようになったため、プログラミングが簡素化されました。[ 13 ] MSM は GPS、GLONASS、Galileo、QZSS、BeiDou をサポートしています。後者 3 つは新たに追加されたものです。[ 17 ]
MSMでは、観測されたドップラーシフトを表すPhaseRangeRate [ 17 ]データのエンコードも可能です。これにより、基本的な受信機にドップラー補正を追加できます。これは主に、移動受信機を使用してL1信号を使用する際の曖昧さを解消するために使用されます。[ 13 ]
2020年10月5日。GPSおよびGLONASS用の標準化されたRTCM-SSRメッセージは、「RTCM STANDARD 10403.1 with Amendments 1-5, July 1, 2011」で初めて公開されました。これまでに標準化されたのはRTCMステージ1メッセージのみで、その中でもGPSとGLONASSをカバーするものだけです。
バージョン2
バージョン3
バージョンに関する注記：バージョン3規格では、正式名称にマイナーバージョンは含まれません。ただし、規格番号のドット部分に基づいてマイナーバージョンを割り当てるのが一般的です。例えば、RTCM 10403.1は一般的にバージョン3.1、RTCM 10403.2はバージョン3.2として知られています。