CN104833992A - 一种基于北斗短报文方式的rtk北斗定位系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统，包括：至少一个北斗定位基站、至少一个北斗定位移动站、至少一个北斗指挥机以及至少一个北斗通信模块；北斗定位基站分别与北斗指挥机连接通信，北斗定位移动站分别与北斗通信模块连接通信，北斗指挥机和北斗通信模块通过卫星转发进行通信；北斗定位基站生成北斗基站定位信息，并生成北斗短报文，北斗指挥机以短报文方式通过北斗卫星向北斗定位移动站进行通播；北斗定位移动站生成北斗移动站定位信息，并接收北斗短报文解析获得北斗基站定位信息，实时解算得到虚拟基站定位信息，再实时解算得到高精度的北斗定位RTK坐标。本发明公开了一种基于北斗短报文方式的RTK北斗定位方法。

Description

一种基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统及其方法

技术领域

本发明属于通信及定位技术领域，尤其涉及一种基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统及方法。

背景技术

现有的高精度大范围定位的网络RTK(Real‐time Kinematic，实时动态定位)技术GPS系统由基站、数据处理中心、数据通信链路和移动站组成。现有的RTK系统中，移动站坐标根据VRS(Virtual Reference Station，虚拟参考基站)载波相位观测值和移动站收到的GPS卫星信息来校正自身的坐标，提高定位精度。固定基站的GPS观测卫星数据通过通讯链不停地被传送到VRS数据处理中心，数据处理中心会对每台固定基站的数据进行质量检测，去除数据中存在的较大误差及修正周跳，完成对数据质量的完善性检测，并通过分析双差相位观测量来计算电离层误差、对流层误差和星历误差。这些误差对网内任一移动站的影响也被模型化，因此常规RTK定位的系统误差能被明显地剔除。网络内移动站为得到虚拟基站的虚拟GPS基站定位信息，必须向数据处理中心提供自身的近似位置，该过程通过蜂窝移动通讯采用标准的NMEA GGA数据串来完成。数据处理中心自动接收该近似定位信息，并对给定的位置进行几何替代处理，通过内插修正过的星历误差、电离层和对流层误差，为该移动站“生成”一个“虚拟基站”，由于相对其它固定基站，该“虚拟基站”的坐标与移动站的位置最近，所以提高了定位的精度。但这种方法的缺点主要在于：

●安全隐患问题：由于高精度定位数据的RTK数据的解算与获取必须依靠数据处理中心通过公共蜂窝移动通信网络传输，如果遇到移动通信网络或数据处理中心服务器的故障、瘫痪，就会造成VRS数据的传输中断；GPS移动站必须将自身GPS坐标等数据发到数据处理中心，如果数据中途被恶意截取篡改以及数据处理中心遭遇恶意入侵时，会导致GPS移动站位置的暴露，不适用于安全性要求较高的场合。

●上述方法不适用于没有蜂窝移动通信网络覆盖区域，如山区，沙漠，森林，海洋等，不能实现无盲区的高精度定位。

●蜂窝移动通信信号可能在某些区域会被阻隔或屏蔽，产生通信盲区。如果要求移动通信运营商增加基站的数量以达到大范围无盲区覆盖，会增加系统的成本。此外，当遇到某些会移动的障碍物时，比如轻轨，公交车等金属，会导致通信盲区随之实时变化，即使增加基站数量也不容易达到整个RTK网络的无盲区覆盖。

●GPS移动站要想获得高精度的RTK数据，需要支付数据处理中心较高的费用，并且由于要不断收发数据，需要支付蜂窝移动通信运营商高昂的数据通信费用，GPS移动站的使用成本高。

●GPS移动站在移动时，如果遇到蜂窝通信越区切换，则容易造成数据的丢失、连接的中断以及数据串扰等问题。

●网络RTK技术GPS系统一定要基于和利用美国GPS卫星系统，在特殊时期GPS系统可能受到限制，会发生不能够进行定位或者定位精度下降，造成设备瘫痪。

●上述方法中GPS基站和GPS移动站将自身GPS坐标等数据通过蜂窝移动通信(GSM/GPRS等)方式发到数据处理中心的服务器端，服务器将VRS的GPS信息通过蜂窝移动通信方式发送给GPS移动站。因为需要双向通信，当GPS移动站数量很多时，所有GPS移动站都会访问数据处理中心的服务器，访问量较大，容易造成服务器端通信的中断或阻塞。

●由于部分地区蜂窝移动通信运营商的基站数量较少或容量有限，如果该区域内GPS移动站数目较多，容易造成通信的拥塞，RTK数据丢失。

为解决上述问题，本发明提出了基于北斗短报文方式的RTK北斗高精度大范围定位系统及其方法，该方式利用北斗指挥机和北斗通信模块在北斗定位基站和北斗定位移动站之间进行信息的交互。北斗定位基站接收北斗卫星定位信息生成基站定位数据，压缩后，生成北斗短报文，北斗指挥机将此信息发送至北斗卫星，北斗卫星以短报文通播方式转发至与各北斗定位移动站相连的北斗通信模块，再传给各北斗定位移动站，各北斗定位移动站将短报文还原解压后，根据各基站发来的北斗基站定位信息使用VRS算法实时解算出虚拟基站的虚拟基站定位信息，其中包括虚拟基站载波相位观测值。北斗定位移动站将自身的北斗卫星定位信息和上述虚拟基站载波相位观测值进行实时解算，得出北斗定位移动站的RTK坐标。本发明能够实现更广范围内的实时、高精度、无盲区定位。

发明内容

本发明提出了一种基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统，包括：至少一个北斗定位基站、至少一个北斗定位移动站、至少一个北斗指挥机以及至少一个北斗通信模块

所述北斗定位基站分别与一个所述北斗指挥机连接通信，所述北斗定位移动站分别与一个所述北斗通信模块连接通信，所述北斗指挥机和北斗通信模块通过卫星转发进行通信；所述北斗定位基站用于接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后生成北斗基站定位信息，北斗定位基站根据所述北斗基站定位信息生成北斗短报文，通过所述北斗指挥机发送至北斗卫星，通过北斗卫星以短报文通播方式转发给各北斗通信模块；

所述北斗定位移动站用于接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后生成北斗移动站定位信息，并通过与其相连的北斗通信模块接收所述北斗短报文，解析获得北斗基站定位信息，所述北斗定位移动站根据所述北斗基站定位信息和所述北斗移动站定位信息在本地实时解算虚拟基站的虚拟基站定位信息，其中包括虚拟基站载波相位观测值，所述北斗定位移动站再根据所述北斗移动站定位信息和所述载波相位观测值在本地解算得到高精度的北斗定位RTK坐标。

本发明所述的基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统中，所述北斗定位基站进一步对北斗基站定位信息进行压缩后生成北斗短报文。

本发明所述的基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统中，所述北斗定位移动站进一步对所述北斗短报文进行解压缩以获得所述北斗基站定位信息。

本发明还提出了一种基于北斗短报文方式的RTK北斗定位方法，利用所述RTK北斗定位系统中，包括如下步骤：

步骤一：北斗定位基站接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后生成北斗基站定位信息；

步骤二：多个北斗定位移动站接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后分别生成各移动站的北斗移动站定位信息；

步骤三：所述北斗定位基站将所述北斗基站定位信息转换成北斗短报文；与所述北斗定位基站相连的北斗指挥机将生成的北斗短报文通过北斗卫星以短报文通播方式转发给和所述北斗定位移动站相连的北斗通信模块；

步骤四：所述北斗通信模块将所述北斗短报文传输给所述北斗定位移动站；

步骤五：所述北斗定位移动站从所述北斗短报文解析还原得到北斗基站定位信息，根据所述北斗基站定位信息和所述北斗移动站定位信息判断其与所述北斗定位基站的距离，选取近距离的一个或多个北斗定位基站相应的所述北斗基站定位信息进行实时解算，得到所述虚拟基站的虚拟基站定位信息，其中包括虚拟基站载波相位观测值；

步骤六：所述北斗定位移动站根据所述北斗移动站定位信息和所述虚拟基站载波相位观测值进行实时解算，得到高精度的北斗RTK坐标。

本发明基于北斗短报文方式的RTK北斗定位方法中，在步骤三中，所述北斗定位基站进一步对北斗基站定位信息进行压缩后生成北斗短报文。

本发明基于北斗短报文方式的RTK北斗定位方法中，在步骤五中解析所述北斗短报文时，所述北斗定位移动站进一步对所述北斗短报文进行解压缩，获得所述北斗基站定位信息。

本发明的有益效果在于：

本发明中没有数据处理中心，和北斗定位移动站相连的北斗通信模块只被动接收北斗基站定位信息，相关的VRS定位信息的解算在北斗移动站本地进行，北斗移动站不主动发送自身的定位数据，北斗移动站位置不会暴露，RTK北斗定位数据不容易被恶意截取篡改，适用于安全性要求较高的场合。由于北斗卫星通信系统的通信覆盖范围很广，适用于在没有蜂窝移动通信网络覆盖区域，如山区，沙漠，森林，海洋等，能够实现更大范围内的无盲区、高精度RTK定位。由于本发明的系统结构简单，成本低，无需支付数据处理中心任何费用就可实时获得高精度的北斗RTK坐标。由于本发明采用单向通信方式，北斗移动站无需访问数据处理中心的服务器，因此不会造成通信链路的中断或阻塞，北斗移动站的数量也不会受到北斗通信系统的容量限制。由于本发明采用单向通信，因此北斗移动站即使在两颗北斗卫星覆盖衔接区域来回移动也能收到北斗基站定位信息，不存在蜂窝移动通信中越区切换时可能造成的数据丢失和连接中断等问题。本发明利用北斗定位系统摆脱了对于美国GPS系统的依赖，而且在亚太区域内的北斗卫星覆盖率高于GPS系统，因此在该区域内的定位精度、实时性和可靠性更高。

附图说明

图1是本发明基于北斗短报文方式的RTK北斗定位方法的流程图。

图2是本发明基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统的结构示意图。

图3是一实施例中基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统的结构图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

如图1所示，本发明基于北斗短报文方式的RTK北斗定位方法包括如下步骤：

步骤一：北斗定位基站接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后生成北斗基站定位信息；

步骤二：多个北斗定位移动站接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后分别生成各移动站的北斗移动站定位信息；

步骤三：北斗定位基站将北斗基站定位信息压缩，生成北斗短报文，与其相连的北斗指挥机将该北斗短报文通过北斗卫星以短报文通播方式转发给和北斗定位移动站相连的北斗通信模块。

步骤四：北斗通信模块将收到的压缩过的北斗基站定位信息传输给所述北斗定位移动站；

步骤五：所述北斗定位移动站解压得到北斗基站定位信息，根据所述北斗基站定位信息和所述北斗移动站定位信息判断其与所述北斗定位基站的距离，选取近距离的一个或北斗定位基站相应的所述北斗基站定位信息进行实时解算，得到虚拟基站的虚拟基站定位信息，其中包括虚拟基站载波相位观测值；

步骤六：所述北斗定位移动站根据所述北斗移动站定位信息和所述虚拟基站载波相位观测值进行实时解算，得到高精度的北斗RTK坐标。

这种RTK北斗定位方法可以在卫星覆盖范围内达到厘米级的定位精度，同时由于数据的存储和解算都在北斗定位移动站20进行，无需单独设置数据处理中心，也无需建立北斗定位基站10与数据处理中心以及北斗移动站与数据处理中心之间的通信链路，成本较低。由于使用北斗指挥机通过北斗卫星以短报文通播方式实现和各北斗通信模块之间的通信，因此，本发明可以解决传统无线电通信(如无线电台，蜂窝移动通信)中信号盲区问题，本方法适用于没有蜂窝移动通信网络覆盖区域，如山区，沙漠，森林，海洋等，实现大范围区域内实时，高精度，无盲区定位。

如图2所示，本发明基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统包括：至少一个北斗定位基站10、至少一个北斗定位移动站20和多个北斗通信模块40以及北斗指挥机30。北斗定位基站10与一个北斗指挥机30通信连接，北斗定位移动站20与一个北斗通信模块40通信连接，北斗指挥机30和各北斗通信模块40之间通过北斗卫星进行信息的转发。

北斗定位基站10用于接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后生成北斗基站定位信息，压缩后得到北斗短报文，通过相连的北斗指挥机30发送通播短报文至北斗卫星。

北斗定位移动站20用于接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后生成北斗移动站定位信息，并通过相连的北斗通信模块40接收北斗卫星以短报文通播方式转发的压缩过的北斗基站定位信息。北斗定位移动站20解压后，根据接收到的北斗基站定位信息和北斗移动站定位信息实时解算出一个虚拟基站的虚拟基站定位信息，其中包括虚拟基站载波相位观测值，北斗定位移动站20再根据北斗移动站定位信息和虚拟基站的载波相位观测值实时解算获得高精度的北斗定位RTK坐标。

图3显示的是本发明定位系统的具体实施例，其中该定位系统包括北斗卫星100、北斗定位基站11，12，13、北斗定位移动站21，22，23以及北斗指挥机31，33，35和北斗通信模块41，42，43。

北斗定位基站11，12，13分别接收北斗卫星100的北斗卫星定位信息，由北斗卫星定位信息生成北斗基站定位信息。北斗定位移动站21，22，23分别接收北斗卫星100的北斗卫星定位信息，由北斗卫星定位信息生成北斗移动站定位信息。北斗指挥机31与北斗定位基站11连接，北斗通信模块41与北斗定位移动站21连接，北斗指挥机33与北斗定位基站12连接，北斗通信模块42与北斗定位移动站22连接，北斗指挥机35与北斗定位基站13连接，北斗通信模块43与北斗定位移动站23连接。

当北斗定位基站11，12，13生成北斗基站定位信息之后，将各自的北斗基站定位信息压缩后得到北斗短报文，北斗指挥机31，33，35将各自的北斗短报文发送至北斗卫星100，通过北斗卫星100以短报文通播方式转发给与各北斗移动站21，22，23相连的北斗通信模块41，42，43。北斗定位移动站21，22，23各自生成北斗移动站定位信息，各相连的北斗通信模块接收来自北斗卫星转发的各北斗定位基站的压缩过的各北斗基站定位信息，传递给相连的北斗定位移动站。北斗定位移动站21，22，23将信息解压后，判断一个或多个距离较近的北斗定位基站，利用VRS算法进行实时解算，算出一个与自身距离最近的虚拟基站的虚拟基站定位信息，其中包括虚拟基站载波相位观测值。北斗定位移动站利用北斗移动站定位信息和上述虚拟北斗基站的载波相位观测值，实时解算得出一个高精度的北斗RTK坐标。

本发明中，在北斗定位基站11，12，13所发出的北斗基站定位信息会被所有的北斗通信模块接收到。在本实施例中，规定每个北斗定位移动站能够接收到的北斗基站定位信息可能来源于不同的北斗定位基站，因此对于每个北斗定位移动站而言都能解算出一个离自身距离最近的虚拟基站，使得每个北斗定位移动站的定位精度都会提高。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (6)

1.一种基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统，其特征在于，包括：至少一个北斗定位基站(10)、至少一个北斗定位移动站(20)、至少一个北斗指挥机(30)以及至少一个北斗通信模块(40)

所述北斗定位基站(10)分别与一个所述北斗指挥机(30)连接通信，所述北斗定位移动站(20)分别与一个所述北斗通信模块(40)连接通信，所述北斗指挥机和北斗通信模块(40)通过卫星转发进行通信；所述北斗定位基站(10)用于接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后生成北斗基站定位信息，北斗定位基站(10)根据所述北斗基站定位信息生成北斗短报文，通过所述北斗指挥机(30)发送至北斗卫星，通过北斗卫星以短报文通播方式转发给各北斗通信模块(40)；

所述北斗定位移动站(20)用于接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后生成北斗移动站定位信息，并通过与其相连的北斗通信模块(40)接收所述北斗短报文，解析获得北斗基站定位信息，所述北斗定位移动站(20)根据所述北斗基站定位信息和所述北斗移动站定位信息实时解算虚拟基站的虚拟基站定位信息，其中包括虚拟基站载波相位观测值，所述北斗定位移动站(20)再根据所述北斗移动站定位信息和所述载波相位观测值在本地实时解算得到高精度的北斗定位RTK坐标。

2.如权利要求1所述的基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统，其特征在于，所述北斗定位基站(10)进一步对北斗基站定位信息进行压缩后生成北斗短报文。

3.如权利要求2所述的基于北斗短报文方式的RTK北斗定位系统，其特征在于，所述北斗定位移动站(20)进一步对所述北斗短报文进行解压缩以获得所述北斗基站定位信息。

4.一种基于北斗短报文方式的RTK北斗定位方法，利用如权利要求1或2所述的RTK北斗定位系统中，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：北斗定位基站(10)接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后生成北斗基站定位信息；

步骤二：多个北斗定位移动站(20)接收北斗卫星的北斗卫星定位信息后分别生成各移动站的北斗移动站定位信息；

步骤三：所述北斗定位基站(10)将所述北斗基站定位信息转换成北斗短报文；与所述北斗定位基站(10)相连的北斗指挥机(30)将生成的北斗短报文通过北斗卫星以短报文通播方式转发给和所述北斗定位移动站(20)相连的北斗通信模块(40)；

步骤四：所述北斗通信模块(40)将所述北斗短报文传输给所述北斗定位移动站(20)；

步骤五：所述北斗定位移动站(20)从所述北斗短报文解析还原得到北斗基站定位信息，根据所述北斗基站定位信息和所述北斗移动站定位信息判断其与所述北斗定位基站(10)的距离，选取近距离的一个或多个北斗定位基站(10)相应的所述北斗基站定位信息进行实时解算，得到所述虚拟基站的虚拟基站定位信息，其中包括虚拟基站载波相位观测值；

步骤六：所述北斗定位移动站(20)根据所述北斗移动站定位信息和所述虚拟基站载波相位观测值进行实时解算，得到高精度的北斗RTK坐标。

5.如权利要求4所述的基于北斗短报文方式的RTK北斗定位方法，其特征在于，在步骤三中，所述北斗定位基站(10)进一步对北斗基站定位信息进行压缩后生成北斗短报文。

6.如权利要求5所述的基于北斗短报文方式的RTK北斗定位方法，其特征在于，在步骤五中解析所述北斗短报文时，所述北斗定位移动站(20)进一步对所述北斗短报文进行解压缩，获得所述北斗基站定位信息。