CN101839985A - 多星座一体化cors基准站专用接收机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多星座一体化CORS基准站专用接收机及其工作方法。专用接收机包括电源功能模块、GPS接收模块、GLONASS接收模块、CPU及控制电路模块、存储功能模块、外部接口模块、网络通信模块；其中电源功能模块用于向接收机进行供电，GPS接收模块、GLONASS接收模块与CPU及控制电路模块相连接；CPU及控制电路模块分别与存储功能模块、外部接口模块、网络通信模块连接。本发明是由CORS基站接收机来实现的高精度GNSS测量系统，内置GPS模块采用高性能GPS接收板，GLONASS模块采用高性能GLONASS接收板，跟踪性能优越，整机高度密封，防水、防尘、防震、低功耗。

Description

多星座一体化CORS基准站专用接收机及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种多星座一体化网络差分基准站网络化数字调查设备，属于高精度GNSS测量系统技术领域。

背景技术

目前，作为测量用的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)接收机在技术上的发展现状如下：

(1)全球导航卫星系统包含了美国的GPS，目前市场大部分还以依赖于单一星座的接收机为大多数。

(2)作业单位主要利用成对的GPS接收机，一台用作基准站，另一台用作移动站，利用电台播发差分改正信息，通过单基站定位方式进行外业调查的数据采集。作用距离10公里，定位精度随着基线长增加快速衰减，实际工作过程中，需要专业技术人员选取控制点、量算坐标，并安排专人架设、看管基站。而且一般的嵌入式终端不具有提供网络服务的功能。

随着多星座导航系统的发展，用户对卫星定位系统间的兼容与互操作的要求不断提高，单一的导航系统已经越来越不能满足人们对导航性能的需求，希望某个卫星系统的信号受到干扰的情况下，仍能利用其他星座的信号实现定位。因而使GPS单星座转变多星座兼容机制，在国际上得到普遍的认同，卫星导航系统向多极化制式发展已是不可逆转的总趋势。另外基于原先单基站定位方式的弊端，从方便使用和维护的角度出发，对基准站提出了新的网络化、无人值守和远程控制的要求。

因此，对网络差分基准站网络化数字调查设备的新要求也随之而出：

①除了对GPS的支持，要转变GPS单星座为兼容多星座，实现对不同卫星定位系统的互操作性。

②单基准站耗费过多资源的缺点，可考虑实现嵌入式终端的网络化和远程控制等技术，从而实现无人值守和远程控制等要求。

发明内容

发明目的：

本发明为了解决多卫星定位系统间的兼容与互操作的问题，使多个卫星定位系统可以共同应用，提出了多星座一体化基准站接收机技术，通过软硬件技术集成，形成多星座一体化网络差分基准站接收机。

技术方案：

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种多星座一体化CORS基准站专用接收机，包括电源功能模块、GPS接收模块、GLONASS接收模块、CPU及控制电路模块、存储功能模块、外部接口模块、网络通信模块；其中所述电源功能模块用于供电，GPS接收模块、GLONASS接收模块与CPU及控制电路模块相连接；CPU及控制电路模块分别与存储功能模块、外部接口模块、网络通信模块连接。

进一步的，本发明的多星座一体化CORS基准站专用接收机的外部接口模块还包括电源接口、串口、USB接口。

进一步的，本发明的多星座一体化CORS基准站专用接收机的网络通信模块包括N个网口，N为自然数。

进一步的，本发明的多星座一体化CORS基准站专用接收机的GPS接收模块包括GPS接收板与NOVATEL GPS接收板，其中GPS接收板、NOVATEL GPS接收板依次连接后，与CPU及控制电路模块连接。

进一步的，本发明的多星座一体化CORS基准站专用接收机的GLONASS接收模块为GLONASS OEM接收板。

一种基于本发明的多星座一体化CORS基准站专用接收机的工作方法，包括如下步骤：

步骤A、接收机启动后，首先采用CPU及控制电路模块进行设备完备性自检，并采用网络通信模块检测网络连接性是否接通；

步骤B、经过步骤A的检测无误后，远程操作者采用网络通信模块远程操作输入控制指令，CPU及控制电路模块检测是否收到有效的操作指令；

步骤C、当CPU及控制电路模块检测收到有效的操作指令时，CPU及控制电路模块控制GPS接收模块以及GLONASS接收模块接收卫星数据，GPS接收模块以及GLONASS接收模块将接收到的原始观测数据发送至CPU及控制电路模块，CPU及控制电路模块对原始观测数据进行数据编码；

步骤D、CPU及控制电路模块完成数据编码后，对编码数据进行压缩处理，将压缩处理后的数据发送至存储功能模块；

步骤E、采用网络通信模块将步骤D存储的压缩数据进行数据分发，并通过网络通信模块将数据结果返回给远程操作者。

有益效果：

1、本发明采用高精度双频GPS接收机、工业级三防机身，可外接数字气象仪、扼流圈天线和通信传输等连续运行基准站需要的所有单元；

2、本发明可接收GPSL1/L2双频信号、GLONASS信号、兼容多星座系统；

3、本发明可实现对于原始观测数据、气象数据(气压、气温和相对湿度)的采集与记录，采样率可设置；

4、本发明内置2G甚至更高的超大物理内存，并将数据事实上传至服务器备份，保证数据记录的安全性；

5、本发明具备高速IP接口，支持以太网方式的数据传输、状态监测和参数设置；

6、本发明通过设置网络通信模块，支持无人值守，可远程完成所有操作设置；

7、本发明同时支持网络及串口两种方式的数据传输功能，网络传输支持断点重连，两小时以内的网络中断均可自动重连，满足CORS基站接收机长期、稳定、连续运行的需求；

8、主机自检，接收机主机运行前会对系统完备性进行自检，帮助用户及时掌握主机各控件运行状态；

9、用户权限管理：根据用户权限级别，允许用户对接收数据下载、管理、设置分级管理；多用户同时下载数据不影响CORS基站接收机正常运行。

附图说明

图1是CORS基站接收机的系统组成图。

图2是本发明的专用接收机的工作流程图。

具体实施方式

本发明是由CORS(连续运行卫星定位服务综合系统，Continuous OperationalReference System，缩写为CORS)基站接收机来实现的高精度GNSS测量系统。内置GPS接收模块采用高性能GPS接收板，GLONASS接收模块采用高性能GLONASS接收板，跟踪性能优越。整机高度密封，防水、防尘、防震、低功耗。CORS基站接收机的总体框架：

1、总体结构设计

(1)卫星信号跟踪：采用成熟的性能可靠的GPS接收模块、GLONASS接收模块，要求再采用匹配天线接收数据时，提供相关的测试数据，以供后续处理使用。

(2)主要控制单元：图1为系统的基本组成。

(3)数据存储部分：采用内置至少2G的存储空间，记录数据文件。

(4)网络连接部分：连接差分数据实时输出、远程设置参考站、远程文件下载、可升级主机版本，使用网口转发收到的气象数据。

2、技术指标

(1)GNSS观测数据类型及编码格式：要求支持1Hz左右频率的原始二进制数据记录，同样与另一个GPS(GLONASS)串口以1Hz左右的速率同时输出原始数据，原始星历数据。

(2)数据编码及输出格式：要求支持的数据类型有RTCM2.3、RTCM3.0、RTCA、CMR、CMR+等多种数据类型。

(3)网络通讯：要求基于以太网的通信方式，支持HTTP、NTRIP协议，支持TCP/IP协议进行数据传输。

(4)数据存储：主机需内置2G或更大的存储空间，记录数据文件后，主机自动将数据传送到FTP或中继的数据服务器，并在机器里保留数天的数据作为备份。

(5)电源与功耗：采用内置锂电池组，功耗要求低于8W，断电后连续运行时间10小时以上，支持外接电源10～25V的直流电源。

(6)远程操作与控制：CORS基站接收机内嵌Linux操作系统，接收机端无需配备电脑服务器，使用网线将CORS基站接收机与网络连接，远程对CORS基站接收机的所有操作设置。

(7)系统完备性自检功能：CORS基站接收机需要实现开机时自动对主机系统完备性进行自检，主面板需设置指示灯对CORS基站接收机电源系统、GPS芯片运行状态、内存状态、数据通讯链路状态等信息进行显示，自检时显示绿灯表示运行状态正常、自检通过，运行异常显示红灯警示。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，本发明的多星座一体化CORS基准站专用接收机，包括电源功能模块、GPS接收板、NOVATEL GPS接收板、GLONASS OEM接收板、CPU及控制电路模块、存储功能模块、外部接口模块、网络通信模块；其中电源功能模块用于向接收机进行供电，GPS接收板与NOVATEL GPS接收板连接后，与CPU及控制电路模块相连接，GLONASS OEM接收板与CPU及控制电路模块相连接；CPU及控制电路模块分别与存储功能模块、外部接口模块、以太网模块连接。外部接口包括电源接口、串口、USB接口；网络通信模块包括若干个网口。

如图2所示，系统开机后，首先进行设备完备性自检，并检测网络连接性是否接通。无误后，利用嵌入式终端的提供的嵌入式网络服务，远程操作输入控制指令，嵌入式终端检测是否收到有效的操作指令。当收到有效指令，从GPS接收设备(GLONASS接收设备)输入原始观测数据，对原始观测数据进行数据编码。在完成了编码后，对数据进行压缩处理以便后续存储。通过通信模块将存储的压缩数据进行数据分发，通过嵌入式终端提供的网络服务将数据结果返回给远程操作者。远程操作者可以选择接受哪个接收设备的数据。

CORS基站接收机的详细设计与工程技术实现如下：

1、电源部分

电源部分的主要组成采用一片DC-DC芯片TPS5430DDA(U15)，两片充电管理芯片BQ24103(U22、U23)，一些晶体管逻辑控制电路，电池接口CON13、CON14，以及充电状态指示灯控制电路；其功能主要是开关机、复位控制，电池充电管理以及电池与外电源的供电切换。另外电源管理部分有两个电池接口，可以外接两块锂电池，电池电压在DC 7.2V-8.4V之间。外电源输入电压为DC12V。

2、主要控制单元

E661主控单元从功能上可以划分为：电源功能模块、主控CPU电路部分、GPS模块、GLONASS模块及控制功能部分、以太网模块以及存储管理功能模块，详图见图一。

3、通信部分

E661根据各个功能模块实现数据通信。按照模块来分，E661主要可以分为如下几个模块：

(1)CPU使用18.432MHz作为主晶振时钟的AT91ASM9260_BGA217，使用外部晶振时钟32.768KHz，和RC振荡电路组成的PLLRCA作为时钟输入。OSCSEL引脚作为慢速时钟选择入，低电平，使用内部RC振荡电路产生32.768KHz的时钟；高电平时，使用外部32.768KHz时钟。

(2)SDRAM：两片256Mbits组成的容量为64MB的SDRAM。AT91ASM9260集成SDRAM控制器，直接对SDRAM进行读写。

(3)Sandisk INAND Flash：使用1G的Sandisk INAND Flash，上电由CPU发出的SD_PER_ON/OFF经过三极管和MOSFET逻辑控制实现的，该信号为高电平时SD卡正常上电，低电平SD卡掉电。

(4)Dataflash：使用64Mbit的AT45DB642D-CNU。MCCDB作为Dataflash的输入引脚，MCDB0作为DATAFLASH输出。SPIO_SPCK是DATAFLASH的数据时钟控制引脚；NRST是DATA FLASH的复位引脚，低电平使能；Data_nCS_out片选控制由CPLD完成低电平使能。

(5)网络芯片：DP83848I。由CPU的配置引脚直接控制，网络芯片再通过网络变压器与前面板的网络FISHER头直接相连。

GPS模块：E661使用的GPS接收模块是NovAtel，使用转接板实现接口的转换。使用的GLONASS模块是GLONASS OEM接收板。

(6)CPLD：采用型号为LC4064V_T48的CPLD。

4、数据存储部分

5、网络连接部分

网络部分的电源控制是系统的3.3V经过CPU输出的NET_PWR_CTL控制转换为NET3V3输出的；NET3V3再经过LC滤波网络转换为E3V3输出。

Claims (6)

1.一种多星座一体化CORS基准站专用接收机，其特征在于：包括电源功能模块、GPS接收模块、GLONASS接收模块、CPU及控制电路模块、存储功能模块、外部接口模块、网络通信模块；其中所述电源功能模块用于供电，GPS接收模块、GLONASS接收模块与CPU及控制电路模块相连接；CPU及控制电路模块分别与存储功能模块、外部接口模块、网络通信模块连接。

2.根据权利要求1所述的多星座一体化CORS基准站专用接收机，其特征在于：所述外部接口模块还包括电源接口、串口、USB接口。

3.根据权利要求1所述的多星座一体化CORS基准站专用接收机，其特征在于：所述网络通信模块包括N个网口，N为自然数。

4.根据权利要求1所述的多星座一体化CORS基准站专用接收机，其特征在于：所述GPS接收模块包括GPS接收板与NOVATEL GPS接收板，其中GPS接收板、NOVATEL GPS接收板依次连接后，与CPU及控制电路模块连接。

5.根据权利要求1所述的多星座一体化CORS基准站专用接收机，其特征在于：所述GLONASS接收模块为GLONASS OEM接收板。

6.一种基于权利要求1所述多星座一体化CORS基准站专用接收机的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤A、接收机启动后，首先采用CPU及控制电路模块进行设备完备性自检，并采用网络通信模块检测网络连接性是否接通；

步骤B、经过步骤A的检测无误后，远程操作者采用网络通信模块远程操作输入控制指令，CPU及控制电路模块检测是否收到有效的操作指令；

步骤C、当CPU及控制电路模块检测收到有效的操作指令时，CPU及控制电路模块控制GPS接收模块以及GLONASS接收模块接收卫星数据，GPS接收模块以及GLONASS接收模块将接收到的原始观测数据发送至CPU及控制电路模块，CPU及控制电路模块对原始观测数据进行数据编码；

步骤D、CPU及控制电路模块完成数据编码后，对编码数据进行压缩处理，将压缩处理后的数据发送至存储功能模块；

步骤E、采用网络通信模块将步骤D存储的压缩数据进行数据分发，并通过网络通信模块将数据结果返回给远程操作者。

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