CN100549719C - 单频gps测量装置及其测量定位方法 - Google Patents
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Abstract
一种单频GPS测量装置及其测量定位方法，其包括基准站接收机和移动站接收机，其中基准站和移动站接收机均包括依次连接的GPS天线、GPS芯片、控制电路及其内嵌的控制软件模块、数据口，移动站接收机还包括数据处理器。上述测量定位方法，其包括：基准站接收机通接收卫星观测量，并通过基准站数据口发送；移动站接收机接收卫星观测量并传输至数据处理器，移动站数据口接收自基准站数据口发送的观测量并传输至数据处理器；数据处理器收集上述观测量后进行数据质量检查、数据检包分类、数据解码、数据缓冲、卫星时钟同步、卫星星历检查、卫星轨道计算、观测量粗差剔除、观测量周跳检测和处理、差分计算与误差分析、计算结果整理输出的处理步骤。
Description
技术领域
本发明涉及一种GPS(Global Positioning System，全球定位系统)装置，尤其涉及一种用于测量定位的单频GPS测量装置及其测量定位方法。
背景技术
GPS技术应用于测量定位已有十多年的历史，其在基础测绘工程、地籍测量、施工测量、地形测量等测绘工程方面，土地资源、矿产资源、农林资源、环保旅游等资源勘探和调查方面，电力水利设施、市政工程、通信设施等各类设施的坐标数据的收集方面，以及在各类建筑工程的设计、施工、验收方面等领域得到了广泛的应用。
目前，GPS接收机按照测量精度可分为测地型接收机和导航型接收机；按照定位方式主要可分为单点定位和差分定位；按照接收频率主要分为单频接收机(L1)和双频接收机(L1和L2)；按照时效性主要可分为实时定位和事后定位。而现有测地型接收机通常采用的定位方式均是差分定位。实际使用时，现有测量用户使用的GPS接收机一般有以下几种类型：
1)双频接收机(观测量一般至少为C1、L1、L2、P1、P2)采用实时差分定位，精度在2-3cm；
2)双频接收机(观测量一般至少为C1、L1、L2、P1、P2)采用事后差分定位，精度＜1cm；
3)单频接收机(观测量为C1)采用实时差分定位，精度一般情况下在3-5m；
4)单频接收机(观测量一般至少为C1、L1)采用事后差分定位，精度一般情况下在3-5cm。
然而，现有双频接收机虽然精度高，时效性高，但是非常昂贵，不适用于普通小用户；而现有单频接收机虽然比较便宜，但是由于观测量很少，其只能实现高精度的事后差分定位和较低精度的实时差分定位，不能实现高精度的实时定位，现有单频接收机在进行实时差分的时候精度一般都在3-5m，使用效果不佳。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，而提供一种单频GPS测量装置及其测量定位方法，从而解决目前单频接收机只能实现高精度的事后差分定位和较低精度的实时差分定位，不能实现高精度的实时定位，使用效果不佳的问题。
本发明所采用的技术方案为：提供一种单频GPS测量装置，其包括基准站GPS接收机和移动站GPS接收机，其中基准站GPS接收机包括依次连接的用于收集GPS卫星的信号的基准站GPS天线、用于对基准站GPS天线收集的信号进行数据整理的基准站GPS芯片和基准站控制电路及其内嵌的控制软件模块、以及用于传输和接收经所述基准站GPS天线接收、所述基准站GPS芯片和基准站控制电路及其内嵌的控制软件模块整理的观测量数据的基准站数据传输口，移动站GPS接收机包括依次连接的用于收集GPS卫星的信号的移动站GPS天线、用于对移动站GPS天线收集的信号进行数据整理的移动站GPS芯片和移动站控制电路及其内嵌的控制软件模块、以及用于传输和接收经所述移动站GPS天线接收、所述移动站GPS芯片和移动站控制电路及其内嵌的控制软件模块整理的观测量数据的移动站数据接收口，所述移动站GPS接收机还包括一与所述移动站控制电路及其内嵌的控制软件模块连接的数据处理器；所述数据处理器接收所述移动站数据接收口传输的观测量数据，以及所述基准站数据传输口传输的观测量数据。
所述基准站数据传输口和移动站数据接收口均分别包括无线通讯模块和射频天线。
所述基准站数据传输口和移动站数据接收口均分别包括蓝牙端口。
所述基准站数据传输口和移动站数据接收口均分别包括RS232端口。
提供一种采用本发明单频GPS测量装置的测量定位方法，其包括以下步骤：
1)基准站GPS接收机通过基准站GPS天线接收卫星观测量，并经基准站GPS芯片和控制电路及其内嵌的控制软件模块整理后通过基准站数据传输口实时发送；
2)移动站GPS接收机通过移动站GPS天线接收卫星观测量，并经移动站GPS芯片和控制电路及其内嵌的控制软件模块整理后实时传输至数据处理器，移动站数据接收口实时接收自基准站数据传输口实时发送的基准站GPS接收机观测量并传输至数据处理器；
3)数据处理器在实时收集到基准站GPS接收机和移动站GPS接收机的观测量后进行数据质量检查、数据检包分类、数据解码、数据缓冲、卫星时钟同步、卫星星历检查、卫星轨道计算、观测量粗差剔除、观测量周跳检测和处理、差分计算与误差分析、计算结果整理输出的处理步骤。
所述步骤3)具体包括以下步骤：
301.将实时收集到的基准站GPS接收机10和移动站GPS接收机20的观测量输入数据处理器26；
302.对输入数据进行质量检查；
303.数据检包分类，区分后基准站GPS接收机10的观测量和移动站GPS接收机20的观测量分别执行步骤304；
304.数据解码分类，基准站GPS接收机10的观测量经上述步骤后进行步骤305和步骤307，移动站GPS接收机20的观测量经上述步骤后进行步骤306和步骤307；
305.进入基准站观测数据循环缓冲区进行数据缓冲，再执行步骤308；
306.进入移动站观测数据循环缓冲区进行数据缓冲，再执行步骤308；
307.进入星历数据公共缓冲区进行卫星星历检查，再执行步骤309；
308.进行上述二观测量的时钟同步，卫星同步，若同步，则执行步骤309，若不同步，则返回步骤301；
309.进行同步卫星的轨道计算，再执行步骤310，若计算出错，则返回步骤301；
310.进行观测量粗差剔除判断，再执行步骤311，若判断出错，则返回步骤301；
311.进行观测量周跳检测和恢复处理，若无周跳，或检测出有周跳，并恢复成功，则执行步骤312，若恢复不成功，则返回步骤301；
312.进行差分计算与误差分析，再执行步骤313，若计算分析出错，则返回步骤301；
313.将计算结果整理输出到用户界面，本实施例为数据文件和程序界面。
本发明的有益效果在于：本发明单频GPS测量装置及其测量定位方法虽然收集较少的观测量，但通过本发明测量定位方法可实现双频接收机的高精度的实时差分定位，使用效果佳。
附图说明
图1是本发明单频GPS测量装置的基准站GPS接收机的示意图；
图2是本发明单频GPS测量装置的移动站GPS接收机的示意图；
图3是本发明单频GPS测量定位方法的数据处理的工作流程图。
具体实施方式
请参阅图1和图2，本发明单频GPS测量装置包括基准站GPS接收机10和移动站GPS接收机20。
基准站GPS接收机10包括依次连接的基准站GPS天线11、基准站GPS芯片12、基准站控制电路及其内嵌的控制软件模块13和基准站数据传输口，其中，基准站数据传输口可以包括基准站无线通讯模块14(其可为电台、GSM\GPRS\CDMA等)和基准站射频天线15，还可以包括蓝牙端口。使用时，基准站GPS接收机10静止不动，其通过基准站GPS天线11收集GPS卫星的信号，再经基准站GPS芯片12和基准站控制电路及其内嵌的控制软件模块13做数据整理后实时通过基准站数据传输口将卫星相对于基准站GPS接收机10的基准站GPS天线11的观测量(C1、L1)传送到移动站GPS接收机20。
移动站GPS接收机20也包括依次连接的移动站GPS天线21、移动站GPS芯片22、移动站控制电路及其内嵌的控制软件模块23和移动站数据接收口，其中，移动站数据接收口可以包括移动站无线通讯模块24(其可为电台、GSM\GPRS\CDMA等)和移动站射频天线25，还可以包括蓝牙端口。此外，移动站GPS接收机20还包括一与移动站控制电路及其内嵌的控制软件模块23连接的数据处理器26。使用时，一方面通过移动站GPS天线21收集GPS卫星的信号，再经移动站GPS芯片22和移动站控制电路及其内嵌的控制软件模块23做数据整理后实时将卫星相对于移动站GPS接收机20的移动站GPS天线21的观测量(C1’、L1’)传送到数据处理器26；另一方面通过移动站接收口接收自基准站GPS接收机10的基准站射频天线15发射的卫星相对于基准站GPS接收机10的基准站GPS天线11的观测量(C1、L1)，并通过移动站控制电路及其内嵌的控制软件模块23传送到数据处理器26，数据处理器26在实时收集到基准站GPS接收机10和移动站GPS接收机20的观测量后进行数据处理后将计算结果输出至用户界面。
请一并参阅图3，本发明单频GPS测量装置及其测量方法的数据处理器26在实时收集到基准站GPS接收机10和移动站GPS接收机20的观测量后进行数据质量检查、数据检包分类、数据解码、数据缓冲、卫星时钟同步、卫星星历检查、卫星轨道计算、观测量粗差剔除、观测量周跳检测和处理、差分计算与误差分析、计算结果整理输出等处理步骤，具体如下：
301.将实时收集到的基准站GPS接收机10和移动站GPS接收机20的观测量输入数据处理器26；
302.对输入数据进行质量检查；
303.数据检包分类，区分后基准站GPS接收机10的观测量和移动站GPS接收机20的观测量分别执行步骤304；
304.数据解码分类，基准站GPS接收机10的观测量经上述步骤后进行步骤305和步骤307，移动站GPS接收机20的观测量经上述步骤后进行步骤306和步骤307；
305.进入基准站观测数据循环缓冲区进行数据缓冲，再执行步骤308；
306.进入移动站观测数据循环缓冲区进行数据缓冲，再执行步骤308；
307.进入星历数据公共缓冲区进行卫星星历检查，再执行步骤309；
308.进行上述二观测量的时钟同步，卫星同步，若同步，则执行步骤309，若不同步，则返回步骤301；
309.进行同步卫星的轨道计算，再执行步骤310，若计算出错，则返回步骤301；
310.进行观测量粗差剔除判断，再执行步骤311，若判断出错，则返回步骤301；
311.进行观测量周跳检测和恢复处理，若无周跳，或检测出有周跳，并恢复成功，则执行步骤312，若恢复不成功，则返回步骤301；
312.进行差分计算与误差分析，再执行步骤313，若计算分析出错，则返回步骤301；
313.将计算结果整理输出到用户界面，本实施例为数据文件和程序界面。
可以理解，本实施例所述的计算结果都是坐标，该坐标均指基于各类坐标框架(如西安54坐标系统、北京80坐标系统、WGS-84坐标系统和各类自定义坐标系统)的地理坐标，其坐标的表示方式包括但不限于空间直角坐标(X\Y\Z)、经纬度(B\L)，平面直角坐标(x\y)表示方式和竖直方向的高程值(h)等。本发明单频GPS测量装置在较少观测量下却通过严密的数据处理和优良的计算方法，可以很方便的得到3-5cm的定位精度。
可以理解，本发明单频GPS测量装置的基准站GPS接收机10和移动站GPS接收机20还可设置蓝牙模块或RS232数据端口进行观测量数据传输。
Claims (6)
1.一种单频GPS测量装置，其特征在于：包括基准站GPS接收机和移动站GPS接收机，其中基准站GPS接收机包括依次连接的用于收集GPS卫星的信号的基准站GPS天线、用于对基准站GPS天线收集的信号进行数据整理的基准站GPS芯片和基准站控制电路及其内嵌的控制软件模块、以及用于传输和接收经所述基准站GPS天线接收、所述基准站GPS芯片和基准站控制电路及其内嵌的控制软件模块整理的观测量数据的基准站数据传输口，移动站GPS接收机包括依次连接的用于收集GPS卫星的信号的移动站GPS天线、用于对移动站GPS天线收集的信号进行数据整理的移动站GPS芯片和移动站控制电路及其内嵌的控制软件模块、以及用于传输和接收经所述移动站GPS天线接收、所述移动站GPS芯片和移动站控制电路及其内嵌的控制软件模块整理的观测量数据的移动站数据接收口，所述移动站GPS接收机还包括一与所述移动站控制电路及其内嵌的控制软件模块连接的数据处理器；所述数据处理器接收所述移动站数据接收口传输的观测量数据，以及所述基准站数据传输口传输的观测量数据。
2.如权利要求1所述的单频GPS测量装置，其特征在于：所述基准站数据传输口和移动站数据接收口均分别包括无线通讯模块和射频天线。
3.如权利要求1所述的单频GPS测量装置，其特征在于：所述基准站数据传输口和移动站数据接收口均分别包括蓝牙端口。
4.如权利要求1所述的单频GPS测量装置，其特征在于：所述基准站数据传输口和移动站数据接收口均分别包括RS232端口。
5.一种采用如权利要求1所述单频GPS测量装置的测量定位方法，其特征在于包括以下步骤：
1)基准站GPS接收机通过基准站GPS天线接收卫星观测量，并经基准站GPS芯片和控制电路及其内嵌的控制软件模块整理后通过基准站数据传输口实时发送；
2)移动站GPS接收机通过移动站GPS天线接收卫星观测量，并经移动站GPS芯片和控制电路及其内嵌的控制软件模块整理后实时传输至数据处理器，移动站数据接收口实时接收自基准站数据传输口实时发送的基准站GPS接收机观测量并传输至数据处理器；
3)数据处理器在实时收集到基准站GPS接收机和移动站GPS接收机的观测量后进行数据质量检查、数据检包分类、数据解码、数据缓冲、卫星时钟同步、卫星星历检查、卫星轨道计算、观测量粗差剔除、观测量周跳检测和处理、差分计算与误差分析、计算结果整理输出的处理步骤。
6.如权利要求5所述的测量定位方法，其特征在于：所述步骤3)具体包括以下步骤：
301.将实时收集到的基准站GPS接收机(10)和移动站GPS接收机(20)的观测量输入数据处理器(26)；
302.对输入数据进行质量检查；
303.数据检包分类，区分后基准站GPS接收机(10)的观测量和移动站GPS接收机(20)的观测量分别执行步骤304；
304.数据解码分类，基准站GPS接收机(10)的观测量经上述步骤后进行步骤305和步骤307，移动站GPS接收机(20)的观测量经上述步骤后进行步骤306和步骤307；
305.进入基准站观测数据循环缓冲区进行数据缓冲，再执行步骤308；
306.进入移动站观测数据循环缓冲区进行数据缓冲，再执行步骤308；
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308.进行上述二观测量的时钟同步，卫星同步，若同步，则执行步骤309，若不同步，则返回步骤301；
309.进行同步卫星的轨道计算，再执行步骤310，若计算出错，则返回步骤301；
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