CN103364797A

CN103364797A - 互联网和电台相结合的gnss差分信号播发系统及方法

Info

Publication number: CN103364797A
Application number: CN2013102545501A
Authority: CN
Inventors: 章迪; 郭际明; 陈雪丰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2013-10-23

Abstract

本发明构建了互联网和电台相结合的GNSS差分信号播发系统及其相应的方法。系统包含网络模块、Ntrip客户端、位置模块和电台部分。利用一个CORS授权用户名及其配套的密码，可以从Ntrip服务器获得差分信号，通过电台进行播发后，即可使电台覆盖范围内的多个流动站接收机进行高精度的RTK定位。本发明有效利用了市售GNSS接收机的现有装置和功能，提高了资源利用率。相比传统的网络RTK测量模式，能有效降低服务器负担，并大大节约用户的网络通讯费和CORS服务费用；相比传统的单基站电台RTK测量模式，免却了用户需布设控制网和自行架设参考站的麻烦，还能增强定位精度和可靠性。

Description

互联网和电台相结合的GNSS差分信号播发系统及方法

技术领域

本发明涉及一种互联网和电台相结合的GNSS差分信号播发系统及方法，尤其涉及一种从Ntrip（即：通过互联网进行RTCM传输的协议）服务器处获取GNSS网络RTK（载波相位实时动态差分定位）差分信号、并通过数传电台将之播发给流动站GNSS接收机的系统。

背景技术

GNSS（全球卫星导航系统）技术在测绘领域得到广泛应用，利用单台GNSS设备、以伪距码为观测值进行标准单点定位，定位精度通常为10到20米。而通过构建RTK系统，以载波相位为观测值进行定位，流动站在距离参考站30km范围内，定位精度可以达到厘米级。

RTK主要由参考站和流动站构成，参考站一般固定不动，对卫星进行连续观测，并通过数据链路向流动站发送差分信号（差分信号中包含参考站的坐标和原始观测值）；流动站将电文解码后和自身观测值一起进行相对定位，解算出厘米级精度的坐标。目前，数据链路主要采用两种方式：互联网和电台。

以互联网为数据链，主要指的是基于Ntrip协议的网络RTK测量模式，其关键是CORS（连续运行参考站系统）的建立，一般由省市级的测绘局、气象局或地震局完成（以下统称为“CORS管理机构”）。CORS由Ntrip服务器和若干参考站构成。参考站通常以30km-100km为间隔较为均匀地分布在地面，每一个参考站均配备GNSS设备进行连续观测，观测得到的信息通过专用网络传送至Ntrip服务器。Ntrip服务器上配备NtripCaster（核心软件），当授权用户通过互联网向服务器发送差分信号请求信息（包含流动站的概略位置）时，NtripCaster能利用流动站附近多个参考站的观测值来拟合其卫星钟差、卫星轨道误差、对流层误差、电离层误差等多种误差，以虚拟观测值的形式通过互联网传送给流动站，使流动站能据此进行RTK定位，得到厘米级的定位结果，此即所谓的网络RTK技术。

然而网络RTK测量模式的缺点也显而易见。尤其在中国，由于用户数量庞大，当大量流动站同时连接Ntrip服务器时，会增加服务器的负担，造成部分用户无法登陆、全部用户的数据延迟等问题，严重时甚至导致系统崩溃。很多Ntrip服务器不得不对用户连接数量作出限制。此外由于每台GNSS接收机需要一个授权用户名和密码，而每一个授权用户名需要向CORS管理机构支付一定的费用，因此，对于用户来说，当大规模使用CORS时，其成本迅速增加。

采用数传电台作为RTK的数据链路，也有着较为广泛的运用，但其缺点有三。一是流动站无法与服务器双向通讯，无法实现网络RTK技术，而只能采用单基站技术，后者定位精度不如前者高；二是用户需自行布设参考站，且当测量区域较大时，需要事先布设统一的控制网，这些都增加了用户的生产成本；三是覆盖范围小，受电台功率、地形环境因素影响，其电波辐射范围通常在20千米之内，超出此范围则流动站无法接收到参考站的差分信号。其优点是流动站数量不受限制，不会增加服务器负担；且用户无需向CORS管理机构支付服务费，也无需支付网络通讯或数据流量费。

目前市售的GNSS接收机，通常都配备有内置电台，有的接收机本身还配有网络通讯模块，另外的接收机则需通过与蓝牙手机相连等方式间接上网，因而用户作业时，可以在电台和互联网两种数据链路中作出选择。但还未能同时采用这两种方式。

涉及的主要参考文献：

Weber G, etc. NetWorked Transport of RTCM Via Internet Protocol (Ntrip) [EB/OL][ 2007-03-21]. http://igs.bkg.bund.de/root_ftp/NTRIP/documentation/NtripDocumentation.pdf 。

发明内容

本发明为解决单独应用互联网或单独应用电台进行RTK测量的局限性，构建了互联网和电台相结合的GNSS差分信号播发系统及其相应的方法。

本发明提供的互联网和电台相结合的GNSS差分信号播发系统如图1所示，包括：

网络模块，用于连接互联网，通过宽带、ADSL等有线方式与互联网相连；Ntrip客户端，用于与Ntrip服务器交互；位置模块，用于生成位置信息，可为真实的GNSS定位设备；电台部分，用于将差分信息以无线电波方式播发。

此外，网络模块也可以通过GSM、GPRS、CDMA、EVDO、WCDMA、TD-SCDMA、WIFI等无线方式与互联网相连。

因此，用户可以根据实际情况，灵活的选择网络连接的方式。

此外，位置信息可以是模拟的GPGGA数据。

因此，位置信息可以由用户手动输入坐标、通过软件模拟产生，而无需真正的GNSS设备，从而进一步节约成本，并且无需接收到GNSS卫星信号，因而降低了设备安放环境的要求。

此外，电台部分由一个或一个以上的电台，以及任意数量的电台中继站组成。

此外，电台的功率、频率，都可以调整。

因此，用户可以通过控制电台和电台中继站的型号、工作参数和数量，使得电台覆盖的范围、适用的流动站型号都能切合自己的需要。

本发明还提供一种互联网和电台相结合的GNSS差分信号播发方法，如图2所示，包括以下步骤：1）启动网络模块，使Ntrip客户端能连接到互联网；2）启动Ntrip客户端，以一定时间间隔向Ntrip服务器（由IP和端口指定）发送差分信号请求信息，包括GPGGA数据、授权的用户名和密码、源节点等；3）Ntrip客户端通过互联网接收Ntrip服务器发来的差分信号；4）将差分信号通过电台播发。

本发明有效利用了市售GNSS接收机的现有装置和功能，提高了资源利用率，用户使用本发明所述的差分信号播发系统，流动站GNSS接收机无需做任何改动和升级，只需按原有的电台模式进行RTK测量即可。当多台GNSS接收机在30km范围内作业时，本发明相比单独应用互联网进行GNSS差分信号播发，能有效降低服务器负担，并大大节约用户的网络通讯费和CORS服务费用；与单独应用电台进行RTK测量相比，用户无需自行架设参考站，也无需布设控制网，还能增强定位精度和可靠性。

附图说明

图1图示了本发明实施例的主要构成部分。

图2为依照本发明的差分信号播发方法的概略的流程图。

具体实施方式

下面结合图1和图2详细说明本发明的实施方式。

图1图示了本发明实施例的主要构成部分。图2 是依照本发明的差分信号播发方法的概略的流程图。

本实施例采用笔记本电脑和电台，网络模块1由连接在笔记本电脑上的无线上网卡充当，位置模块2和Ntrip客户端3则以软件形式安装在该笔记本电脑上。

网络模块1也可以由笔记本的有线网卡充当，在条件许可的情况下，用户通过宽带联入互联网，则可以进一步节约成本，并提高通讯稳定度。

电台4采用与流动站接收机内置电台匹配的数传电台，其数据传输率在9600bps以上，频率范围410MHz~430MHz或450 MHz~470MHz，功率2W以上，电台4的数据通讯端口通过数据连接线与电脑的串口或USB口相连。

电台4的发射天线应架设在地势较高的位置，以尽可能扩大电台信号覆盖的范围。当测区范围较大，超出了电台的辐射半径时，可以在辐射边缘处架设中继站，以扩大电台的覆盖区域。

当多个流动站接收机有多种内置电台型号要同时进行作业时，可以将笔记本与多个电台相连。

笔记本和电台4由12V铅蓄电池供电，其容量在40Ah以上。

Ntrip服务器5则是由省市级测绘局等CORS管理机构所建立。

为能正常获取Ntrip服务器所提供的网络差分信号，用户应提前到CORS管理机构进行申请和注册，以获得经授权的用户名和密码，并获知Ntrip服务器5的IP地址和端口，以及源节点。

当需要依照本发明播发GNSS差分信号时，首先将网络模块1通过无线或有线方式联入互联网6，从而使得Ntrip客户端3能与Ntrip服务器5进行双向通讯。

随后，位置模块2将每秒钟产生一个包含了经纬度等信息的位置信息，其中经纬度（可取测区中央位置的概略经纬度）可以由用户手动输入，也可以由一个真实的GNSS设备通过实际观测得到，无论哪种方式，位置信息均采用GPGGA格式。

Ntrip客户端3将位置模块2产生的位置信息、CORS管理机构提供的用户名和密码、源节点，根据Ntrip协议的要求，编制成差分电文请求信息，通过互联网6发送至Ntrip服务器5。

Ntrip服务器5对用户名和密码进行验证，如果通过，则会根据位置信息拟合出虚拟观测值，并根据源节点编码成相应格式的差分信号，通过互联网6发送至Ntrip客户端3，其发送频率一般为每秒钟一次。

Ntrip客户端3接收到Ntrip服务器5发来的差分信号后，通过电台4将差分信号向外播发，从而使得配备有接收电台的GNSS接收机都能够接收到差分信号，进行RTK或者RTD定位。

在本发明之前，用户若想利用CORS进行定位，则每台接收机均需向CORS管理机构申请一个用户名和密码，并各自配备一个无线上网卡。若有10台GNSS接收机需要同时作业，则需要申请10个用户名和密码，配备10个无线上网卡。这些接收机虽然相距很近（通常一个项目的作业范围不会超过30km，如果超过，也可以划分为很多个小的作业范围），但是却要各自单独与Ntrip服务器通讯，从而不仅增加了服务器的负担，也增加了自身的成本。而采用本发明的技术方案，则将远至30km范围内的多台GNSS接收机的差分信号源整合为一个单元，只需要向CORS中心申请1个用户名和密码，配备最多1个无线上网卡（条件许可时，可由有线宽带等方式替代）即可进行差分信号的播发，可为用户节约大量的CORS服务费和无线数据流量费。同时相比原有的纯电台模式，免却了需事先布设统一控制网和自行架设参考站的麻烦，并能提高定位的精度和可靠性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员在没有创造性劳动的基础上，对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种互联网和电台相结合的GNSS差分信号播发系统，为GNSS接收机提供差分信号，包括：

网络模块，用于连接互联网；

Ntrip客户端，用于与Ntrip服务器交互；

位置模块，用于生成位置信息；

电台部分，用于将差分信号以无线电波方式播发。

2.如权利要求1的一种GNSS差分信号播发系统，其特征在于，网络模块通过宽带、ADSL等有线方式与互联网相连。

3.如权利要求1的一种GNSS差分信号播发系统，其特征在于，网络模块通过GSM、GPRS、CDMA、EVDO、WCDMA、TD-SCDMA、WIFI等无线方式与互联网相连。

4.如权利要求1至3的任何一种GNSS差分信号播发系统，其特征在于，位置信息来源于真实的GNSS定位设备。

5.如权利要求1至3的任何一种GNSS差分信号播发系统，其特征在于，位置信息为模拟的GPGGA数据。

6.如权利要求1至5的任何一种GNSS差分信号播发系统，其特征在于，电台部分由一个或一个以上的电台，以及任意数量的电台中继站组成。

7.一种互联网和电台相结合的GNSS差分信号播发方法，包括以下步骤：

1）启动网络模块，使Ntrip客户端能连接到互联网；

2）启动Ntrip客户端，以一定时间间隔向Ntrip服务器（由IP和端口指定）发送差分信号请求信息，包括GPGGA数据、授权的用户名和密码、源节点等；

3）Ntrip客户端通过互联网接收Ntrip服务器发来的差分信号；

4）将差分信号通过电台播发。