CN112558121A - 一种高精度开放式差分定位授时设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星导航系统应用的技术领域，特别是涉及一种高精度开放式差分定位授时设备及其使用方法，用开放式的硬件架构，实现各设备高精度位置信息的实时监测与高精度的时间授时，并且具备一定的数据监控手段；包括差分定位基站、定位授时主机、便携式定位授时设备和手持式卫星定位接收机。

Description

一种高精度开放式差分定位授时设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及卫星导航系统应用的技术领域，特别是涉及一种高精度开放式差分定位授时设备及其使用方法。

背景技术

GPS是世界上第一个成熟、可供全民使用的全球卫星定位导航系统。该系统由28颗中高轨道卫星组成，其中4颗为备用星，均勻的分布在6个等间隔的近圆轨道上，每个轨道分布4颗卫星。卫星轨道高度约为20220km，轨道倾角为55。轨道周期为12小时。

GPS接收机对每颗卫星产生伪距和载波相位两个基本距离测量值，伪距是信号接收时间与信号发射时间的差异再乘以真空光速，其中信号接收时间由接收机内部时钟得到，而发射时间则涉及信号中测距码相位的测量。接收机获得的另一个基本观测量是载波相位，它在分米级、厘米级的精密定位中起着关键性作用

北斗卫星导航系统是中国正在自主实施发展的和独立运行的区域性有源三维卫星定位与通信系统，该系统已于2004年正式立项并开始建设。在体制上，北斗与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS和欧盟建设中的Galileo—样，同属于RNSSS(Radio NavigationSatellite System)

北斗和GPS有很多相似之处：相同的信号调制方式、相同的基本观测量以及相当的服务性能，使得北斗和GPS可以进行组合定位。采用GPS定位和北斗卫星定位系统兼容的定位模式，就可以保证在GPS定位系统失效的情况下，可以采用北斗卫星定位系统提供的定位信息，以维持系统的正常工作，大大增加了系统的安全性和可靠性。而且拥有各种载波整周模糊度确定算法和最小二乘算法的北斗和GPS组合系统与独立差分GPS定位相比，北斗/GPS进行组合定位能提高解算的成功率以及定位精度，基于上述，所以提出一种高精度开放式差分定位授时设备及其使用方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的一个目的在于提供一种高精度开放式差分定位授时设备，用开放式的硬件架构，实现各设备高精度位置信息的实时监测与高精度的时间授时，并且具备一定的数据监控手段。

本发明提供的另一个目的在于提供一种高精度开放式差分定位授时设备的使用方法。

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备，包括差分定位基站、定位授时主机、便携式定位授时设备和手持式卫星定位接收机。

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备，差分定位基站：由依次连接的宽频带双频多模GNSS测量型天线、GPS+北斗基站接收机、高性能数传电台、发送电台天线组成。

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备，定位授时主机：由宽频带双频多模GNSS测量型天线、GPS+北斗定位授时接收机、高性能数传电台、接收电台天线组成。

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备，便携式定位授时设备：由宽频带双频多模GNSS测量型天线、带星历功能的GPS+北斗定位授时接收机、高性能数传电台、接收电台天线组成。

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备，手持式卫星定位接收机：由480*630像素3.7寸高亮触摸屏，windows Mobile6.5高性能处理主机，电池，外接，GNSS测量型天线组成。

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备的使用方法，包括以下步骤：

由差分定位基站获取北斗+GPS的卫星信号，定位授时主机以及便携式定位授时设备接收北斗+GPS的卫星信号，并采用高稳恒温晶振、结合智能驯服技术和补偿算法，实现时间信号输出及自守时，手持式卫星定位接收机支持全星座卫星接收，支持GPS、GLONASS、北斗三系统接收，并支持单北斗系统定位，支持VRS、单基站等多种CORS系统接入，随时随地进行高精度数据采集。

与现有技术相比本发明的有益效果为：用开放式的硬件架构，实现各设备高精度位置信息的实时监测与高精度的时间授时，并且具备一定的数据监控手段。

附图说明

图1是差分定位基站功能框图；

图2是差分定位基站设备连接图；

图3是宽频带双频多模GNSS测量型天线结构图；

图4是八木天线结构图；

图5是定位授时主机系统框图；

图6是GPS+北斗定位授时接收机；

图7是UHF鞭状电台天线；

图8是便携式定位授时设备系统框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备，包括差分定位基站、定位授时主机、便携式定位授时设备和手持式卫星定位接收机。

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备，如图1和图2所示，差分定位基站：由依次连接的宽频带双频多模GNSS测量型天线、GPS+北斗基站接收机、高性能数传电台、发送电台天线组成；差分定位基站主要是获取北斗+GPS的卫星信号为定位授时主机、便携式定位授时设备和手持式卫星定位接收机提供差分校准信号；定位授时主机、便携式定位授时设备和手持式卫星定位接收机通过此差分校准信号来改正自己位置信息，从而得到较为准确的位置信息；各种高精度差分定位应用中都需要建设GNSS基准站，例如在基站、机械控制、精密农业、高精度测绘、高精度调度等应用领域，差分定位基站主要由宽频带双频多模GNSS测量型天线、GPS+北斗定位接收机、高性能数传电台、发送电台天线组成,能够为移动定位设备或移动授时设备提供1米以内的精确定位；

差分定位基站参数如表1所示：

表1

宽频带双频多模GNSS测量型天线：

如图3所示的宽频带双频多模GNSS测量型天线，在基站设计中，采用双频双星外置式测量天线宽频带双频多模GNSS测量型天线高性能小型化设计，优秀的极化轴比性能优越的相位中心性能，能够覆盖GPS、GLONASS、北斗、Galileo、QZSS以及OminiSTAR等GNSS信号的接收，具有优越的相位中心与机械中心重合的性能，天线旋转与卫星的仰角变化不影响GNSS信号的接收，被大量的应用在多系统参考站、高精度测绘、航空航天、变形监测、机械控制、系统集成、精准农业、勘探、交通、海洋、港口、气象、国防、科研等场所；

宽频带双频多模GNSS测量型天线相关参数如表2所示：

表2

GPS+北斗基站接收机：

接收机采用北斗/GNSS高精度多模多频技术，根据不同的需求配置不同的北斗/GNSS应用环境，数据通信方式采用无线电或网络方式，可以作为基准站或移动站使用、各种形变监测系统、机械控制、精细农业、高精度测绘、高精度调度监控、航空航天、勘探、海洋、港口、气象、国防、科研、大专院校等行业的高精度RTK定位等；

接口定义如下：

PWR：电源指示灯，长亮表示已经通电，不亮表示未通电；

SAT：卫星指示灯，隔5秒连闪几次，表示有几颗卫星；

LINK：数据链指示灯，闪烁表示正在接收或发送差分数据；

GNSS：GNSS天线电缆接口；

UHF：接收电台天线接口，做移动站时使用；

DC/①：COM1口及电源接口；采用国际通用的bestpos报文格式来进行参数配置；

LAN/②：预留网络接口；

DC/③：COM3口及电源接口；

GPS+北斗基站接收机相关参数如表3所示：

表3

高性能数传电台：

高性能数传电台采用UTH无线电波，特高频Ultra High Frequency(UHF)是指频率为300～3000MHz，波长在1m～1dm的无线电波，该波段的无线电波又称为分米波；是一个先进、高速、无线传输数据链，主要应用于严酷条件下的卫星导航/RTK高精度定位领域，该设备采用400MHz～470MHz无线电调制解调器的高级数据链接控制技术，数据传输速率为300～38400bps，能将差分校准信号扩散到最大15km；通过内建的编程模式，可以自行修改所属频率范围的发射频率与传输速率；

该设备主要通信接口有3个，接口定义如下：

1)8 pin LEMO，头接口定义如表4-1所示：

表4-1

2)4 pin ODU MINI-SNAP，头接口定义如表4-2所示：

端口号	定义
		1	PWR(+)
2	PWR(+)
		3	GND
4	GND

表4-2

3)射频BNC接口，头接口定义如表4-3所示：

端口号	定义
		RF1	UHF天线403-470Mhz

表4-3

高性能数传电台相关参数如表5所示：

表5

发送电台天线：

如图4所示，UHF电台专用八木天线，能有效传输频率范围为406MHz～700MHz，最大功率支持70w,同时有着很高的稳定性和可靠性；专用八木天线已广泛应用于工业自动化、油田数据采集、铁路无线通信、煤矿安全监控系统、管网监控、水文监测系统、污水处理监控等；

八木天线相关参数如表6所示：

频率范围	406～900MHz
		带宽	25MHz
增益	12dBi
		波幅宽度	48度
前后比	16dB
		电压驻波比	≤1.5
极化方式	垂直
		最大功率	150w
输入阻抗	50ohm
		天线尺寸	≤1.2m
重量	1.2kg
		工作温度	-30℃～+60℃
抗风强度	60m/s

表6

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备，定位授时主机：如图5所示，由宽频带双频多模GNSS测量型天线、GPS+北斗定位授时接收机、高性能数传电台、接收电台天线组成；

该设备具有高精度同步、高性能守时及使用便捷的特点，设备支持GPS信号和北斗导航信号同时接收、采用高稳恒温晶振、结合智能驯服技术和补偿算法，实现时间信号输出及自守时；支持免配置免维护功能，具备液晶和指示灯显示，可实时显示UTC时间和日期、卫星状态及锁定颗数及设备状态，指示灯能直观显示卫星及设备状态，该设备同时具有NTP网络时间服务器与频标信号输出的功能；

定位授时主机相关参数如表7所示：

表7

宽频带双频多模GNSS测量型天线：

在授时主机设计中，采用双频双星外置式测量天线宽频带双频多模GNSS测量型天线高性能小型化设计，他优秀的极化轴比性能优越的相位中心性能，能够覆盖GPS、GLONASS、北斗、Galileo、QZSS以及OminiSTAR等GNSS信号的接收。具有优越的相位中心与机械中心重合的性能，天线旋转与卫星的仰角变化不影响GNSS信号的接收。被大量的应用在多系统参考站、高精度测绘、航空航天、变形监测、机械控制、系统集成、精准农业、勘探、交通、海洋、港口、气象、国防、科研；

宽频带双频多模GNSS测量型天线相关参数如表8所示：

表8

GPS+北斗定位授时接收机：

GPS+北斗定位授时接收机能同时接收GPS信号和北斗导航信号共同提供时间信息和定时信号，当其中一套系统失效时能切换到另一套系统继续稳定工作。同时能通过电台接收基站传输过来差分校准信号使设备的定位精度达到亚米级。而且设备拥有自动驯服锁定功能，能以GPS系统或北斗导航系统为参考标准，动态调整高稳恒温晶振的频率准确度，当驯服锁定后，其时间和频率同步于GPS或北斗导航系统，频率准确度溯源于GPS系统或北斗导航系统。高温恒温晶振被GPS系统或北斗导航系统驯服锁定后每当GPS系统或北斗导购系统信号丢失时，同步时钟可以保持高精度的时间和频率输出，监控信号、1pps信号和10MHz频率均有输出。设备具备液晶和指示灯显示，可显示UTC时间和日期，卫星状态及锁定颗数，设备状态，指示灯能直观显示卫星及设备状态；

GPS+北斗定位授时接收机主要通信定义如下：

4路BNC头10MHz频标信号输出

4路BNC头1pps秒脉冲输出

1路100M以太网口用于NTP服务器

2路RS232配置用于电台与授时器的参数设置

GPS+北斗定位授时接收机相关参数如表9所示：

表9

高性能数传电台：

高性能数传电台集成在接收机中，通过TNC天线接头接收基站发来的UTH无线电波，解析差分校准信号，是一个先进、高速、无线传输数据链，主要应用于严酷条件下的卫星导航/RTK高精度定位领域，电台采用0.1-4.0w无线电调制解调器拥有优势简洁的用户全功能的配置界面和故障排除等方面，可以保持最大程度的生产力。最可靠的数据连接；

高性能数传电台相关参数如表10所示：

表10

接收电台天线：

如图7所示，UHF鞭状电台天线，能有效接收频率范围为230MHz～500MHz，具有小型化同时也有着很高的稳定性和可靠性；

鞭状电台天线相关参数如表11所示：

表11

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备，便携式定位授时设备：如图8所示，由宽频带双频多模GNSS测量型天线、带星历功能的GPS+北斗定位授时接收机、高性能数传电台、接收电台天线组成；该设备具有小型化、易携带，且高精度同步、高性能守时及使用便捷的特点。设备支持GPS信号和北斗导航信号同时接收、采用高稳恒温晶振、结合智能驯服技术和补偿算法，实现时间信号输出及自守时；支持免配置免维护功能，具备液晶和指示灯显示，可实时显示UTC时间和日期、卫星状态及锁定颗数及设备状态，指示灯能直观显示卫星及设备状态。该设备同时具有NTP网络时间服务器与频标信号输出的功能，并外接RS422接口能够向其他设备输出星历信息；

便携式定位授时设备相关参数如表12所示：

表12

宽频带双频多模GNSS测量型天线：

在便携式定位授时主机设计中，采用双频双星外置式测量天线宽频带双频多模GNSS测量型天线高性能小型化设计，他优秀的极化轴比性能优越的相位中心性能，能够覆盖GPS、GLONASS、北斗、Galileo、QZSS以及OminiSTAR等GNSS信号的接收。具有优越的相位中心与机械中心重合的性能，天线旋转与卫星的仰角变化不影响GNSS信号的接收。被大量的应用在多系统参考站、高精度测绘、航空航天、变形监测、机械控制、系统集成、精准农业、勘探、交通、海洋、港口、气象、国防、科研；

宽频带双频多模GNSS测量型天线相关参数如表13所示：

表13

GPS+北斗便携式定位授时接收机：

GPS+北斗便携式定位授时接收机能同时接收GPS信号和北斗导航信号共同提供时间信息和定时信号，当其中一套系统失效时能切换到另一套系统继续稳定工作。同时能通过电台接收基站传输过来差分校准信号使设备的定位精度达到亚米级。而且设备拥有自动驯服锁定功能，能以GPS系统或北斗导航系统为参考标准，动态调整高稳恒温晶振的频率准确度，当驯服锁定后，其时间和频率同步于GPS或北斗导航系统，频率准确度溯源于GPS系统或北斗导航系统。高温恒温晶振被GPS系统或北斗导航系统驯服锁定后每当GPS系统或北斗导购系统信号丢失时，同步时钟可以保持高精度的时间和频率输出，监控信号、1pps信号和10MHz频率均有输出。并能通过RS422口输出星历的功能。设备具备液晶和指示灯显示，可显示UTC时间和日期，卫星状态及锁定颗数，设备状态，指示灯能直观显示卫星及设备状态；

GPS+北斗便携式定位授时接收机相关参数如表14所示：

表14

高性能数传电台：

高性能数传电台集成在授时器中接收基站发来的UTH无线电波，解析差分校准信号，是一个先进、高速、无线传输数据链，主要应用于严酷条件下的卫星导航/RTK高精度定位领域，该设备采用0.1-4.0w无线电调制解调器拥有优势简洁的用户全功能的配置界面和故障排除等方面，可以保持最大程度的生产力。最可靠的数据连接；

高性能数传电台相关参数如表15所示：

表15

接收电台天线：

如图7所示，UHF鞭状电台天线，能有效接收频率范围为230MHz～500MHz，具有小型化同时也有着很高的稳定性和可靠性。

鞭状电台天线相关参数如表16所示：

表16

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备，手持式卫星定位接收机：由480*630像素3.7寸高亮触摸屏，windows Mobile6.5高性能处理主机，电池，外接，GNSS测量型天线组成；手持式卫星定位接收机设备是一款基于北斗系统的多融合高精度手持机，支持三系统定位支持全星座卫星接收，支持GPS、GLONASS、北斗三系统接收，并支持单北斗系统定位；支持VRS、单基站等多种CORS系统接入，随时随地进行高精度数据采集。设备采用Hemispher最新技术的P207板卡，并对硬件系统平台进行全面升级，系统安装高精度测量软件e-Survey 2.0，支持工程测量、电力勘测、数据采集等功能；

手持式卫星定位接收机相关参数如表17所示：

表17

1)触摸屏：

设备标配480*640像素Blanview2代超亮高精度显示屏，半反半透技术，强烈日照的野外作业环境图像也能清晰可视

2)系统：

设备硬件采用MG8 PLUS的处理器主频可以达到833MHz，内部安装有WindowsMobile 6.5专业版，支持USB OTG设计，可直接连接U盘进行数据的下载和传输。WindowsMobile 6.5改善了旧版以前的许多缺点，并且在核心内整合了一些非常实用的功能。同时去掉htc这类已经为手机格式化后消耗庞大资源的程式后，操作起来的感觉非常流畅快速，再加上整合了其他作业系统如iPhone以及Android所不及的Outlook同步及Office运用，通过连接网络或USB数据传输，用户还可透下载各式各样的软件以及Widget的应用。使系统拥有强大的功能和出色的扩展性。

3)电池：

设备内部安装37.7瓦时智能锂离子电池，自带电量检测和温控芯片，智能锂电子电池，电池可拆卸，Backup Power支持不关机直接更换主机电池，提高用户的作业效率。电池最长使用时间可达12小时，能够应对一整天的测量作业需求。

本发明的一种高精度开放式差分定位授时设备，包括以下步骤：

由差分定位基站获取北斗+GPS的卫星信号，定位授时主机以及便携式定位授时设备接收北斗+GPS的卫星信号，并采用高稳恒温晶振、结合智能驯服技术和补偿算法，实现时间信号输出及自守时，手持式卫星定位接收机支持全星座卫星接收，支持GPS、GLONASS、北斗三系统接收，并支持单北斗系统定位，支持VRS、单基站等多种CORS系统接入，随时随地进行高精度数据采集。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高精度开放式差分定位授时设备，其特征在于，包括差分定位基站、定位授时主机、便携式定位授时设备和手持式卫星定位接收机。

2.如权利要求1所述的一种高精度开放式差分定位授时设备，其特征在于，差分定位基站：由依次连接的宽频带双频多模GNSS测量型天线、GPS+北斗基站接收机、高性能数传电台、发送电台天线组成。

3.如权利要求2所述的一种高精度开放式差分定位授时设备，其特征在于，定位授时主机：由宽频带双频多模GNSS测量型天线、GPS+北斗定位授时接收机、高性能数传电台、接收电台天线组成。

4.如权利要求3所述的一种高精度开放式差分定位授时设备，其特征在于，便携式定位授时设备：由宽频带双频多模GNSS测量型天线、带星历功能的GPS+北斗定位授时接收机、高性能数传电台、接收电台天线组成。

5.如权利要求4所述的一种高精度开放式差分定位授时设备，其特征在于，手持式卫星定位接收机：由480*630像素3.7寸高亮触摸屏，windows Mobile6.5高性能处理主机，电池，外接，GNSS测量型天线组成。

6.如权利要求1-5任意一项所述的一种高精度开放式差分定位授时设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

由差分定位基站获取北斗+GPS的卫星信号，定位授时主机以及便携式定位授时设备接收北斗+GPS的卫星信号，并采用高稳恒温晶振、结合智能驯服技术和补偿算法，实现时间信号输出及自守时，手持式卫星定位接收机支持全星座卫星接收，支持GPS、GLONASS、北斗三系统接收，并支持单北斗系统定位，支持VRS、单基站等多种CORS系统接入，随时随地进行高精度数据采集。

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