基于VRS的GPS多基站網(wǎng)絡(luò)差分技術(shù)研究與實現(xiàn).pdf

1、網(wǎng)絡(luò)差分系統(tǒng)是在一定地區(qū)布設(shè)若干GPS參考站，形成對地區(qū)的網(wǎng)狀覆蓋，充分利用參考站觀測信息進行數(shù)據(jù)融合，整體改進區(qū)域內(nèi)大氣延遲誤差等相關(guān)誤差，使移動站獲得更高質(zhì)量的定位結(jié)果。此外還提供事后差分數(shù)據(jù)、精密星歷等多種服務(wù)，使地區(qū)導航定位應(yīng)用成為一個有效整體。我國中東部發(fā)達地區(qū)雖已建成若干連續(xù)運行參考站系統(tǒng)，但均采用國外商用系統(tǒng)。目前，國內(nèi)對其研究尚處于起步階段，個別高校在從事這方面的研究，從交流和文獻資料來看均采用綜合誤差法模擬區(qū)域誤差，該

2、方法基于雙差觀測值，只能進行事后算法驗證，難以實現(xiàn)真正意義上的網(wǎng)絡(luò)差分。突破網(wǎng)絡(luò)差分核心技術(shù)，開發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)差分系統(tǒng)，對于加速我國數(shù)字化社會建設(shè)、提升衛(wèi)星導航定位領(lǐng)域的核心競爭力具有重大意義。本文致力于通過區(qū)域誤差模擬，計算虛擬參考站的非差觀測值實現(xiàn)真正意義的實時網(wǎng)絡(luò)差分，并結(jié)合移動站研制、事后數(shù)據(jù)遠程服務(wù)等進行系統(tǒng)集成實現(xiàn)，具體研究內(nèi)容如下： 提出網(wǎng)絡(luò)差分參考站原始觀測數(shù)據(jù)處理方法。網(wǎng)絡(luò)差分系統(tǒng)中準確、合理的數(shù)據(jù)源是模糊度

3、解算、區(qū)域誤差估計基本前提，文中根據(jù)解算需求對各基站跟蹤的衛(wèi)星給出篩選方法，確定了信噪比、高度角判別閾值，提出多級組合的周跳探測方法，該方法能夠準確探測出一周及以上周跳，從檢驗量中剝離L1、L2波段上周跳值，有效解決了周跳探測的多值性問題。經(jīng)周跳修復的原始觀測值結(jié)合衛(wèi)星在軌位置、高度角和方位角的計算，形成共視數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為后續(xù)研究提供可靠數(shù)據(jù)源。 多基站數(shù)據(jù)融合構(gòu)建虛擬參考站觀測數(shù)據(jù)。本文是基于VRS概念開展網(wǎng)絡(luò)差分技術(shù)研究，虛擬

4、參考站碼相位和載波相位觀測值建模是關(guān)鍵內(nèi)容。文中提出了多站觀測數(shù)據(jù)融合計算虛擬參考站的碼相位方法，該方法有效抑制了多路徑效應(yīng)，降低了觀測噪聲，生成了高質(zhì)量的碼相位觀測值；給出網(wǎng)絡(luò)解算各基線雙差對流層延遲的方法；推導了雙差模糊度生成準非差模糊度計算過程，為載波相位觀測方程參數(shù)估計奠定了基礎(chǔ)；采用隨機電離層法準確估計出了鐘差等參數(shù)，殘余誤差接近接收機觀測噪聲水平；在大氣誤差幾何相關(guān)基礎(chǔ)上，提出線性內(nèi)插方法計算虛擬參考站處對流層、電離層天頂延

5、遲，最后實現(xiàn)虛擬載波相位觀測值的計算。測試表明構(gòu)建的載波相位觀測值模糊度解算可靠性和準確性優(yōu)于真實參考站觀測值。 通過標準協(xié)議的分析，提出了基于虛擬觀測數(shù)據(jù)生成差分信息的方法。采用相位平滑的方法計算偽距改正數(shù)，給出RTCM18/19關(guān)鍵數(shù)據(jù)-碼相位和載波相位計算方法，基于RTCM SC104協(xié)議標準的詳細分析給出關(guān)鍵電文RTCM1、18/19實現(xiàn)流程，并通過軟件編碼實現(xiàn)。通過與接收機同歷元對應(yīng)的RTCM電文解碼比較，主要數(shù)據(jù)指標

6、-偽距改正數(shù)、碼相位和載波相位，均在誤差范圍內(nèi)。 基于GPRS/NTRIP設(shè)計并實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)差分移動站。移動站是網(wǎng)絡(luò)差分實時定位最終實現(xiàn)單元，是該項技術(shù)研究的重要組成部分。通過數(shù)據(jù)流量、實時性及實用需求分析，選擇GPRS作為數(shù)據(jù)傳輸方式；采用SonyEricsson(索尼愛立信)的GR47設(shè)計了數(shù)據(jù)傳輸通訊模塊，集成AT89C51、GPSOEM實現(xiàn)硬件最小系統(tǒng)設(shè)計；通過對NTRIP(RTCM網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議)詳細剖析，將NTRIP用于

7、終端接入部分成功嵌入了移動站內(nèi)部，使非專用接收機實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)差分定位，集成PDA(私人數(shù)字助理)顯示模塊實現(xiàn)設(shè)備產(chǎn)品，數(shù)據(jù)測試結(jié)果表明定位精度達到厘米級； 基于WEB/DATABASE設(shè)計了事后數(shù)據(jù)遠程下載服務(wù)系統(tǒng)。事后數(shù)據(jù)服務(wù)是網(wǎng)絡(luò)差分系統(tǒng)建設(shè)的重要內(nèi)容，該服務(wù)提供RINEX格式的原始數(shù)據(jù)，保證用戶實現(xiàn)毫米級的定位精度，彌補實時網(wǎng)絡(luò)RTK精度不足，同時確保數(shù)據(jù)的可回溯性。目前采用 FTP 文件存儲模式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、缺乏統(tǒng)一管理機制

8、、用戶使用不便。 本文通過對網(wǎng)絡(luò)差分系統(tǒng)用戶對事后數(shù)據(jù)內(nèi)容、獲取方式的分析，設(shè)計了界面層、數(shù)據(jù)功能層和數(shù)據(jù)底層三層結(jié)構(gòu)，確定了數(shù)據(jù)庫內(nèi)表間關(guān)系，網(wǎng)頁用戶訪問界面，最后形成WEB/DATABASE模式遠程數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，用戶使用瀏覽器，通過Internet可以隨時、隨地下載RINEX數(shù)據(jù)的方法，這種方法在彌補了FTP固有缺點的同時網(wǎng)絡(luò)差分系統(tǒng)服務(wù)范圍更加廣泛。 最后本文對前面的研究內(nèi)容進行集成，初步形成可應(yīng)用系統(tǒng)。設(shè)計了系統(tǒng)

9、總體結(jié)構(gòu)，整個系統(tǒng)由基站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與控制中心、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)和移動站子系統(tǒng)組成，對各部分功能進行了需求分析；提出參考站布設(shè)方法和建設(shè)規(guī)范，為系統(tǒng)實際工程應(yīng)用提供思路；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)差分系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型、流量的分析，通過各種組網(wǎng)方案的比較，提出采用VPN架構(gòu)進行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：采用OO/UML設(shè)計模式對系統(tǒng)核心軟件的進行功能需求分析、詳細設(shè)計，并采用面向?qū)ο笳Z言編碼實現(xiàn)；最后基于校園網(wǎng)通過軟件模擬VPN提出系統(tǒng)測試方法，結(jié)果表明：網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度