基于VRS的GPS多基站網(wǎng)絡(luò)差分技術(shù)研究與實(shí)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(duì)地區(qū)的網(wǎng)狀覆蓋，充分利用參考站觀測(cè)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，整體改進(jìn)區(qū)域內(nèi)大氣延遲誤差等相關(guān)誤差，使移動(dòng)站獲得更高質(zhì)量的定位結(jié)果。此外還提供事后差分?jǐn)?shù)據(jù)、精密星歷等多種服務(wù)，使地區(qū)導(dǎo)航定位應(yīng)用成為一個(gè)有效整體。我國(guó)中東部發(fā)達(dá)地區(qū)雖已建成若干連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)，但均采用國(guó)外商用系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)其研究尚處于起步階段，個(gè)別高校在從事這方面的研究，從交流和文獻(xiàn)資料來(lái)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(cè)值，只能進(jìn)行事后算法驗(yàn)證，難以實(shí)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(kāi)發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)差分系統(tǒng)，對(duì)于加速我國(guó)數(shù)字化社會(huì)建設(shè)、提升衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重大意義。本文致力于通過(guò)區(qū)域誤差模擬，計(jì)算虛擬參考站的非差觀測(cè)值實(shí)現(xiàn)真正意義的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)差分，并結(jié)合移動(dòng)站研制、事后數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程服務(wù)等進(jìn)行系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)，具體研究?jī)?nèi)容如下： 提出網(wǎng)絡(luò)差分參考站原始觀測(cè)數(shù)據(jù)處理方法。網(wǎng)絡(luò)差分系統(tǒng)中準(zhǔn)確、合理的數(shù)據(jù)源是模糊度

3、解算、區(qū)域誤差估計(jì)基本前提，文中根據(jù)解算需求對(duì)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(jí)組合的周跳探測(cè)方法，該方法能夠準(zhǔn)確探測(cè)出一周及以上周跳，從檢驗(yàn)量中剝離L1、L2波段上周跳值，有效解決了周跳探測(cè)的多值性問(wèn)題。經(jīng)周跳修復(fù)的原始觀測(cè)值結(jié)合衛(wèi)星在軌位置、高度角和方位角的計(jì)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(cè)數(shù)據(jù)。本文是基于VRS概念開(kāi)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(cè)值建模是關(guān)鍵內(nèi)容。文中提出了多站觀測(cè)數(shù)據(jù)融合計(jì)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(cè)噪聲，生成了高質(zhì)量的碼相位觀測(cè)值；給出網(wǎng)絡(luò)解算各基線雙差對(duì)流層延遲的方法；推導(dǎo)了雙差模糊度生成準(zhǔn)非差模糊度計(jì)算過(guò)程，為載波相位觀測(cè)方程參數(shù)估計(jì)奠定了基礎(chǔ)；采用隨機(jī)電離層法準(zhǔn)確估計(jì)出了鐘差等參數(shù)，殘余誤差接近接收機(jī)觀測(cè)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(jì)算虛擬參考站處對(duì)流層、電離層天頂延

5、遲，最后實(shí)現(xiàn)虛擬載波相位觀測(cè)值的計(jì)算。測(cè)試表明構(gòu)建的載波相位觀測(cè)值模糊度解算可靠性和準(zhǔn)確性優(yōu)于真實(shí)參考站觀測(cè)值。 通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的分析，提出了基于虛擬觀測(cè)數(shù)據(jù)生成差分信息的方法。采用相位平滑的方法計(jì)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(jì)算方法，基于RTCM SC104協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)分析給出關(guān)鍵電文RTCM1、18/19實(shí)現(xiàn)流程，并通過(guò)軟件編碼實(shí)現(xiàn)。通過(guò)與接收機(jī)同歷元對(duì)應(yīng)的RTCM電文解碼比較，主要數(shù)據(jù)指標(biāo)

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(jì)并實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)差分移動(dòng)站。移動(dòng)站是網(wǎng)絡(luò)差分實(shí)時(shí)定位最終實(shí)現(xiàn)單元，是該項(xiàng)技術(shù)研究的重要組成部分。通過(guò)數(shù)據(jù)流量、實(shí)時(shí)性及實(shí)用需求分析，選擇GPRS作為數(shù)據(jù)傳輸方式；采用SonyEricsson(索尼愛(ài)立信)的GR47設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)傳輸通訊模塊，集成AT89C51、GPSOEM實(shí)現(xiàn)硬件最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)；通過(guò)對(duì)NTRIP(RTCM網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議)詳細(xì)剖析，將NTRIP用于

7、終端接入部分成功嵌入了移動(dòng)站內(nèi)部，使非專用接收機(jī)實(shí)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(shí)現(xiàn)設(shè)備產(chǎn)品，數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果表明定位精度達(dá)到厘米級(jí)； 基于WEB/DATABASE設(shè)計(jì)了事后數(shù)據(jù)遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的定位精度，彌補(bǔ)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)RTK精度不足，同時(shí)確保數(shù)據(jù)的可回溯性。目前采用 FTP 文件存儲(chǔ)模式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、缺乏統(tǒng)一管理機(jī)制

8、、用戶使用不便。 本文通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)差分系統(tǒng)用戶對(duì)事后數(shù)據(jù)內(nèi)容、獲取方式的分析，設(shè)計(jì)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(kù)內(nèi)表間關(guān)系，網(wǎng)頁(yè)用戶訪問(wèn)界面，最后形成WEB/DATABASE模式遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，用戶使用瀏覽器，通過(guò)Internet可以隨時(shí)、隨地下載RINEX數(shù)據(jù)的方法，這種方法在彌補(bǔ)了FTP固有缺點(diǎn)的同時(shí)網(wǎng)絡(luò)差分系統(tǒng)服務(wù)范圍更加廣泛。 最后本文對(duì)前面的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行集成，初步形成可應(yīng)用系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了系統(tǒng)

9、總體結(jié)構(gòu)，整個(gè)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(dòng)站子系統(tǒng)組成，對(duì)各部分功能進(jìn)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(shí)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(guò)各種組網(wǎng)方案的比較，提出采用VPN架構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：采用OO/UML設(shè)計(jì)模式對(duì)系統(tǒng)核心軟件的進(jìn)行功能需求分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)，并采用面向?qū)ο笳Z(yǔ)言編碼實(shí)現(xiàn)；最后基于校園網(wǎng)通過(guò)軟件模擬VPN提出系統(tǒng)測(cè)試方法，結(jié)果表明：網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度