專利名稱：基于vrs的rtk gps接收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于VRS的RTK GPS接收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在精細農(nóng)業(yè)中，對各種田間數(shù)據(jù)的采集和變量作業(yè)實施依賴于精確的位置信息， 而目前全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)技術(shù)是進行定位測量的最快速、 便捷方式，已經(jīng)成為實施精細農(nóng)業(yè)的重要條件。提高GPS接收機實時定位精度是目前需要研究的課題之一。由于GPS接收機，單機 定位精度太低，不能滿足精細農(nóng)業(yè)作業(yè)的要求，需要采用差分的方式來提高定位精度。目前 GPS接收機常采用衛(wèi)星差分、信標(biāo)差分或自主差分方式來提高定位精度，然而這三種方式的 實際應(yīng)用均受到一定限制。衛(wèi)星差分服務(wù)是有償?shù)模枰词褂脮r間付費，而且這種服務(wù)不 能覆蓋全國范圍；信標(biāo)臺只在我國沿海地區(qū)才有，使用也受到限制；采用自主差分方式，建 立差分參考站是一種沒有地區(qū)限制的方案，但這種差分參考站的覆蓋范圍與發(fā)送差分信號 的數(shù)傳電臺功率成正比關(guān)系，而且測量誤差隨參考站和移動站間的距離增加而增加，難以 滿足高精度的定位要求。在這種情況下，美國Trimble公司所提出的虛擬參考站VRS (Virtual Reference Station, VRS)的概念打破了上述限制。在使用時，參考站數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差被減少或消除， 這樣不僅意味著用戶可以增加移動站和參考站間的距離，也增加了系統(tǒng)的可靠性。與常規(guī) 自主差分不同，在VRS網(wǎng)絡(luò)中，各固定參考站不直接向移動用戶發(fā)送任何差分信息，而是將 所有的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通信線發(fā)給控制中心。同時，移動用戶在工作前，先通過無線網(wǎng) 絡(luò)(例如GSM網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)、CDMA網(wǎng)絡(luò)等)向控制中心發(fā)送一個概略坐標(biāo)，控制中心收到 這個位置信息后，根據(jù)用戶位置，由計算機自動選擇最佳的一組固定參考站，根據(jù)這些站發(fā) 來的信息，整體地修正GPS的軌道誤差、電離層、對流層和大氣折射引起的誤差，將高精度 的差分信號發(fā)給移動站。這種差分信號的效果相當(dāng)于在移動站旁邊，生成一個虛擬的參考 站，保證了用戶的定位精度，同時用戶也可免去購買及架設(shè)GPS參考站的費用。目前，對于移動用戶，Trimble公司所推出的高精度的GPS接收機已經(jīng)具備接收虛 擬差分信息的功能，如5700等型號的產(chǎn)品，但這類產(chǎn)品的價格普遍較高；價格較低的GPS接 收機，又不具備接收這種以無線通信方式發(fā)送的差分信息的能力，使得VRS的應(yīng)用受到了 很大的限制，同時也限制了 GPS接收機的廣泛應(yīng)用。在此情況下，就需要設(shè)計、開發(fā)一種成 本低、具有接收虛擬差分信息、同時又具備定位數(shù)據(jù)處理和存儲功能的GPS接收系統(tǒng)。

實用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題本實用新型要解決的技術(shù)問題是如何提高GPS接收系統(tǒng)的定位精度并使系統(tǒng)能 夠接收虛擬差分信息、同時又具備定位數(shù)據(jù)處理和存儲功能。( 二)技術(shù)方案[0009]為了達到上述目的，本實用新型提供了一種基于VRS的RTK GPS接收系統(tǒng)，包括RTK GPS接收機，用于接收衛(wèi)星定位信號和VRS差分校正信號，并處理輸出經(jīng)差分 校正后的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)；主控制器，與所述RTK GPS接收機連接，用于控制所述衛(wèi)星定位信號、VRS差分校 正信號和衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的收、發(fā)及存儲；無線通信模塊，與所述主控制器連接，用于與所述主控制器通信。其中，RTK GPS接收機包括GPS 0EMV-3板、與所述GPS 0EMV-3板連接的第一工作 狀態(tài)指示燈、搜星狀態(tài)指示燈以及第一內(nèi)置電池。其中，所述主控制器為LPC2366芯片、所述無線通信模塊為CDMA OEM板。其中，所述GPS 0EMV-3板與LPC2366芯片通過串口連接，所述CDMA OEM板與 LPC2366芯片通過串口連接。其中，所述系統(tǒng)還包括與所述LPC2366芯片連接的存儲器、第二工作狀態(tài)指示燈 以及第二內(nèi)置電池。其中，所述系統(tǒng)還包括與所述LPC2366芯片連接的第一按鈕，用于控制所述第二 內(nèi)置電池的開關(guān)；第二按鈕，用于選擇所述差分校正信號的類型；以及第三按鈕，用于選擇 所述差分校正信號的格式。(三)有益效果本實用新型通過對RTK GPS接收機采用VRS方式進行差分，提高了系統(tǒng)的定位精 度，滿足了精細農(nóng)業(yè)作業(yè)中的精確定位需求，同時使得能夠接收虛擬差分信息、同時又具備 定位數(shù)據(jù)處理和存儲功能。

圖1是本實用新型實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實用新型實施例的系統(tǒng)中的RTK GPS接收機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型實施例的系統(tǒng)中的控制與通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型實施例的系統(tǒng)的工作流程圖；圖5是本實用新型實施例的系統(tǒng)以NTRIP協(xié)議在主控制器與CDMA無線通信模塊 之間進行通信的實現(xiàn)過程流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下 實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。圖1為本實用新型實施例提供的基于VRS的RTK(Real Time Kinematic，實時動 態(tài))GPS接收系統(tǒng)，包括RTK GPS接收機，用于接收衛(wèi)星定位信號和VRS差分校正信號，并處理輸出經(jīng)差分 校正后的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)；主控制器，與所述RTK GPS接收機連接，用于控制所述衛(wèi)星定位信號、VRS差分校 正信號和衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的收、發(fā)及存儲；無線通信模塊，與所述主控制器連接，用于與所述主控制器通信。[0030]其中，RTK GPS接收機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，包括GPS 0EMV-3板10，用于接 收衛(wèi)星定位信號；第一內(nèi)置電池11，用于提供RTK-GPS接收機工作所需的電能；工作指示燈 12，用于指示GPS 0EMV-3板當(dāng)前的工作狀態(tài)；搜星指示燈13，用于指示當(dāng)前RTK GPS接收 機搜索GPS衛(wèi)星的狀況；串口 1 串口 3，用于數(shù)據(jù)的輸入輸出。RTK-GPS接收機工作正常 時，工作指示燈(LEDl) 12閃爍，頻率為IHz ；當(dāng)搜索跟蹤到GPS衛(wèi)星并可以得到有效的GPS 位置時，搜星指示燈(LED2)13燈常亮；三個串口中，其中一個用于輸入差分校正信號，一個 用于輸出校正后的定位數(shù)據(jù)。為了降低定位系統(tǒng)的成本，本實施例采用GPS OEM板開發(fā)RTK GPS接收機，定位精 度為厘米級，數(shù)據(jù)輸出頻率不低于5Hz。圖3為本實用新型實施例提供的控制與通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，包 括主控制器21，用于控制數(shù)據(jù)收發(fā)和存儲，例如LPC2366芯片；CDMA無線通信模塊20，用于 與VRS控制中心通信；指示燈(LED3)25，用于指示CDMA模塊的工作狀態(tài)；存儲器26，用于 存儲定位數(shù)據(jù)；串口 5，用于差分?jǐn)?shù)據(jù)輸出和校正后的定位數(shù)據(jù)輸入，與圖2中的串口 1相 連；第二內(nèi)置電池28，用于提供控制與通信模塊工作所需的電能；UIM卡29，用于識別用戶 身份；電源按鈕24;及功能按鈕22和23，用于選擇差分?jǐn)?shù)據(jù)。功能按鈕22用于選擇接收 RTD (Real time Differential，實時差分)或RTK差分?jǐn)?shù)據(jù)，當(dāng)選擇RTK差分?jǐn)?shù)據(jù)時，功能按 鈕23用于選擇差分?jǐn)?shù)據(jù)的格式，包括CMR格式或RTCM2. 3格式。當(dāng)CDMA無線通信模塊20 與VRS控制中心建立連接時，連接狀態(tài)指示燈25常亮。輸入串口 5的校正后的定位語句格 式可以為美國國家海洋電子協(xié)會(NMEA-The National Marine Electronics Association) 制定的GPS 0183協(xié)議中的GPS固定數(shù)據(jù)輸出語句$GPGGA語句。主控制器21與CDMA無 線通信模塊20通過串口 4連接，以查詢方式發(fā)送數(shù)據(jù)，以中斷方式接收數(shù)據(jù)。為了降低定位系統(tǒng)的成本，本實施例采用CDMA OEM板開發(fā)通信模塊，由Anydata 公司生產(chǎn)，型號為DTGS-800，與主控制器集成在一起，結(jié)構(gòu)簡單、便于操作。以下詳細說明采用本實用新型的技術(shù)方案實現(xiàn)對GPS接收機實現(xiàn)VRS差分定位的 全過程。圖4為本實用新型實施例提供的基于VRS的RTK-GPS接收系統(tǒng)的工作流程圖。如 圖4所示，該系統(tǒng)的工作步驟具體包括步驟30、系統(tǒng)初始化；具體地，系統(tǒng)上電以后，初始化主控制器21與CDMA無線通信模塊連接的串口 4， 包括設(shè)置波特率為38400bps，設(shè)置工作模式為MODEM模式等；該串口中斷使能位置1，開中 斷；步驟31、差分?jǐn)?shù)據(jù)格式選擇；具體地，功能選擇按鈕22用于選擇不同精度的差分?jǐn)?shù)據(jù)。當(dāng)對定位精度要求不 高時，可選擇RTD差分方式，此時差分?jǐn)?shù)據(jù)格式為國際海運事業(yè)無線電技術(shù)委員會(Radio Technical Commission for Maritime services, RTCM)制定的 RTCM2. 1 格式；若選擇 RTK 差分方式，當(dāng)功能選擇按鈕23用于選擇差分?jǐn)?shù)據(jù)的格式，差分?jǐn)?shù)據(jù)格式可選擇RTCM2. 3或 CMR。RTCM協(xié)議由國際海運事業(yè)無線技術(shù)委員會于1983年11月為全球推廣應(yīng)用差分GPS 業(yè)務(wù)設(shè)立的SC-104專門委員會制定，應(yīng)用較廣泛；CMR協(xié)議由美國Trimble公司1993年率 先提出，主要是為了盡量減少差分?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸數(shù)量、降低通信帶寬；因RTCM發(fā)送的均是原 始觀測值，而CMR發(fā)送的是壓縮后的數(shù)據(jù)流，它的電文碼發(fā)送率只有RTCM的一半，但只有部分接收機支持此協(xié)議。步驟32、CDMA無線通信；具體地，包括實現(xiàn)CDMA無線通信模塊撥號上網(wǎng)連接VRS控制中心，實時接收由GPS 接收機發(fā)來的NMEA-GGA語句，下載差分信息并根據(jù)需要隨時中斷與VRS控制中心的連接三 部分。由于CDMA無線通信模塊在數(shù)據(jù)傳輸中采用硬件握手協(xié)議，因此主控制器21需開 啟串口 4的MODEM功能與該模塊進行數(shù)據(jù)交換。為了保證響應(yīng)的實時性，串口 4以查詢方 式發(fā)送數(shù)據(jù)，以中斷方式接收數(shù)據(jù)。串口 5用于定位信息接收與差分信息的發(fā)送，以查詢方 式發(fā)送數(shù)據(jù)，以中斷方式接收數(shù)據(jù)。CDMA無線通信模塊接收AT指令(AT即Attention，AT指令是一個由Hayes公司 首先推出的調(diào)制解調(diào)命令語言系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)成為一個標(biāo)準(zhǔn)并被所有調(diào)制解調(diào)器制造商采 用)。具體地，AT指令是一個由Hayes公司首先推出的調(diào)制解調(diào)命令語言系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)成 為一個標(biāo)準(zhǔn)并被所有調(diào)制解調(diào)器制造商采用。主控制器21通過串口 4向CDMA無線通信模 塊發(fā)送AT命令，用于主控制器21進行語音、短信、數(shù)據(jù)通信。以下介紹主控制器21與CDMA無線通信模塊之間進行通信時所使用的 NTRIP(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol，RTCM數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié) 議)協(xié)議。NTRIP協(xié)議是由國際海事無線電委員會制定的、通過Internet傳輸GNSS (Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))數(shù)據(jù)流或差分信息的應(yīng)用層協(xié)議，在 全球范圍內(nèi)是公開的、通用的。此協(xié)議基于HTTP1. 1協(xié)議，即將該協(xié)議有關(guān)對象嵌入到GPS 數(shù)據(jù)流中并進行傳輸。NTRIP協(xié)議用于通過Internet播發(fā)GPS差分改正數(shù)或其它GPS數(shù) 據(jù)信息至靜態(tài)或動態(tài)用戶。此協(xié)議允許PC機、筆記本電腦、PDA或接收機同時與VRS控制 中心建立連接。NTRIP協(xié)議還支持基于動態(tài)IP網(wǎng)絡(luò)(GSM/GPRS/CDMA)的無線Internet連 接。NTRIP 協(xié)議由 3 個系統(tǒng)軟件組成NtirpClinets、NtripServers 和 NtripCasters0 其 中，NtripCaster是真正的HTTP服務(wù)器軟件，而另外兩個則是HTTP客戶端。如圖5所示，以NTRIP協(xié)議在主控制器21與CDMA無線通信模塊之間進行通信的實 現(xiàn)過程如下包括步驟321，與VRS控制中心的NtripCaster建立TCP/IP鏈接；步驟322，以 HTTP/1. 1的格式聲明要求接入的數(shù)據(jù)流節(jié)點；步驟323，上傳客戶端軟件名稱及版本；步驟 324，發(fā)送經(jīng)BASE64碼編碼后的用戶ID及密碼；步驟325，若用戶請求的數(shù)據(jù)流節(jié)點存在， NtripCaster將返回確認(rèn)標(biāo)識；步驟326，以NMEA格式的$GPGGA語句發(fā)送用戶概略位置信 息；步驟327，NtripCaster向用戶發(fā)送差分改正信息數(shù)據(jù)流。其中，步驟321由CDMA無線 通信模塊完成，步驟322至326所需數(shù)據(jù)包含在用戶發(fā)送給VRS控制中心的NTRIP頭文件 中，步驟327為VRS控制中心將差分校正信息發(fā)送給用戶，該步驟通過CDMA無線通信模塊 完成。為了對以上AT命令和NTRIP頭文件的返回信息進行識別，并通過這些返回信息 決定程序的流程走向，在程序中定義了幾個標(biāo)志位，具體是，ATRDY_FLAG標(biāo)志位CDMA無 線通信模塊20啟動后會通過串口 4發(fā)送字符串AT_READY，當(dāng)主控制器21收到此字符串 后，將該位置位；CAD_FLAG標(biāo)志位網(wǎng)絡(luò)注冊成功標(biāo)志，當(dāng)返回信息為+CAD 1時，將該位 置位；C0NNECT_FLAG標(biāo)志位建立TCP/IP連接標(biāo)志，當(dāng)返回信息為CONNECT時，將該位置 位；DISCNCT_FLAG標(biāo)志位建立連接不成功或連接斷開標(biāo)志，當(dāng)在撥號中產(chǎn)生DISCONNECT返回信息時，將該位置位，若連接是人為或意外中斷時，該位不置位；VRS_DATA_0N標(biāo)志位 NTRIP請求獲取數(shù)據(jù)流節(jié)點有效標(biāo)志，當(dāng)發(fā)送NTRIP頭文件后返回信息ICY 2000K后，將 該位置位；RTCM0N_FLAG標(biāo)志位NTRIP請求產(chǎn)生的返回信息發(fā)送完畢標(biāo)志，當(dāng)接收到發(fā)送 NTRIP頭文件后返回信息的最后以句，即以Date 開頭的語句時，將該位置位；GGARCV_FLAG 標(biāo)志位GGA語句上傳標(biāo)志，當(dāng)串口 5接收到GGA語句時，將該位置位。串口 4中斷服務(wù)程序串口 4中斷服務(wù)程序主要用于對CDMA無線通信模塊發(fā)送的 返回信息或差分?jǐn)?shù)據(jù)進行識別，并更改相應(yīng)的標(biāo)志位狀態(tài)，從而為其它中斷程序或子程序 提供分支指令執(zhí)行的判斷依據(jù)。釋放連接子程序程序采用查詢法確定是否按下電源按鈕24，當(dāng)被按下時，等待 按鍵釋放后將DTR置為高電平，并延時200ms，等待CDMA無線通信模塊20將D⑶信號變高。 當(dāng)D⑶信號變高時，再將DTR置為低電平，并延時5s等待TCP/IP連接的釋放(TCP/IP連接 釋放時間大約在2-3s)。TCP/IP連接釋放后，關(guān)閉連接狀態(tài)指示燈并清除所有標(biāo)志位，退出 子程序。步驟33、串行數(shù)據(jù)輸入輸出；串口 5中斷服務(wù)程序主要用于接收由GPS 0EMV-3板10發(fā)來的NMEA-GGA語句，并 通過串口 4將接收到的差分信息轉(zhuǎn)發(fā)至GPS0EMV-3板10。具體地，接收由中斷產(chǎn)生的數(shù)據(jù)， 并清除中斷；如果收到一個整長度字符串時進行判斷，若未接收完整則退出中斷。如果接收 到的完整字符串以$GPGGA開頭，則將該字符串通過串口 4發(fā)送出去，并將GGARCV_FLAG標(biāo) 志位置位；若不是以$GPGGA開頭，則丟棄字符串并退出中斷。步驟34、數(shù)據(jù)存儲；GPS數(shù)據(jù)的采集需要的存儲容量較大，若采用RAM (Random Access Memory，隨機存 取存儲器)或 EEPROM(ElectricalIy Erasable Programmable Read-Only Memory，電可擦 可編程只讀存儲器)，會受到尋址空間、功耗和體積等因素的限制，而且成本很高。因此，本 實施例中的存儲器26使用U盤來存儲GPS數(shù)據(jù)。U盤容量大，讀寫速度快，可與多種電腦操 作系統(tǒng)平臺兼容，結(jié)實耐用，可多次讀寫。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改 進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求一種基于VRS的RTK GPS接收系統(tǒng)，其特征在于，包括RTK GPS接收機，用于接收衛(wèi)星定位信號和VRS差分校正信號，并處理輸出經(jīng)差分校正后的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)；主控制器，與所述RTK GPS接收機連接，用于控制所述衛(wèi)星定位信號、VRS差分校正信號和衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的收、發(fā)及存儲；無線通信模塊，與所述主控制器連接，用于與所述主控制器通信。
2.如權(quán)利要求1所述的基于VRS的RTKGPS接收系統(tǒng)，其特征在于，RTK GPS接收機包 括GPS 0EMV-3板、與所述GPS 0EMV-3板連接的第一工作狀態(tài)指示燈、搜星狀態(tài)指示燈以 及第一內(nèi)置電池。
3.如權(quán)利要求1所述的基于VRS的RTKGPS接收系統(tǒng)，其特征在于，所述主控制器為 LPC2366芯片、所述無線通信模塊為CDMA OEM板。
4.如權(quán)利要求3所述的基于VRS的RTKGPS接收系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS 0EMV-3 板與LPC2366芯片通過串口連接，所述CDMA OEM板與LPC2366芯片通過串口連接。
5.如權(quán)利要求3所述的基于VRS的RTKGPS接收系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括與 所述LPC2366芯片連接的存儲器、第二工作狀態(tài)指示燈以及第二內(nèi)置電池。
6.如權(quán)利要求3所述的基于VRS的RTKGPS接收系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括與 所述LPC2366芯片連接的第一按鈕，用于控制所述第二內(nèi)置電池的開關(guān)；第二按鈕，用于選 擇所述差分校正信號的類型；以及第三按鈕，用于選擇所述差分校正信號的格式。
專利摘要本實用新型公開了一種基于VRS的RTK GPS接收系統(tǒng)，包括RTK GPS接收機，用于接收衛(wèi)星定位信號和VRS差分校正信號，并處理輸出經(jīng)差分校正后的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)；主控制器，與所述RTK GPS接收機連接，用于控制所述衛(wèi)星定位信號、VRS差分校正信號和衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的收、發(fā)及存儲；無線通信模塊，與所述主控制器連接，用于與所述主控制器通信。本實用新型通過對RTK GPS接收機采用VRS方式進行差分，提高了系統(tǒng)的定位精度，滿足了精細農(nóng)業(yè)作業(yè)中的精確定位需求，同時使得能夠接收虛擬差分信息、同時又具備定位數(shù)據(jù)處理和存儲功能。
文檔編號G01S19/13GK201716420SQ20102025196
公開日2011年1月19日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者劉剛, 張漫, 曹旻罡, 馬文強 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)