CN201436592U - 一种双频gps接收机及cors系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双频GPS接收机，其设置在CORS系统的用户应用系统中，CORS系统还包括数据处理中心和若干个基准站，该双频GPS接收机包括：GPS模块、中央处理模块、通讯模块、输出模块，GPS模块接收GPS卫星发送的GPS卫星信号，生成接收机定位数据传送给中央处理模块，中央处理模块将接收机定位数据通过通讯模块发送给数据处理中心，数据处理中心生成差分信息反馈给通讯模块，通讯模块将差分信息通过中央处理模块发送给GPS模块，GPS模块根据差分信息和GPS卫星观测数据计算出实时定位信息发送给中央处理模块；中央处理模块将实时定位信息通过输出模块输出给控制手薄。本实用新型的接收机与CORS系统中的数据处理中心的数据传输更可靠、更便捷。

Description

一种双频GPS接收机及CORS系统

技术领域

本实用新型涉及GPS卫星定位技术领域，具体涉及一种双频GPS接收机及CORS系统。

背景技术

随着GPS技术的飞速进步和应用普及，GPS在城市测量中的作用已越来越重要。当前，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行参考站系统(Continuous Operational Reference System，缩写为CORS)已成为城市GPS应用的发展热点之一。在CORS系统的用户应用系统中，通常都会用到双频GPS接收机。

传统的双频GPS接收机为分体式结构，采用数据电缆在GPS接收天线、GPS接收主机、控制手薄、电池等设备之间连接。由于测量作业主要为野外环境，大部分环境恶劣的灌树从、树林、草地、荒地、湖泊等，由于分体式和线缆的使用，极大的限制了施工测量人员的活动便利性，增加了仪器损坏的可能性。而且当双频GPS接收机与CORS系统中的数据处理中心通讯以进行数据传送时，数据传输的可靠性和速度都不够理想。

实用新型内容

基于现有技术的不足，本实用新型目的在于提供一种数据传输更可靠、更便捷的双频GPS接收机和一种连续运行参考站系统。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种双频GPS接收机，其设置在连续运行参考站系统的用户应用系统中，所述连续运行参考站系统还包括数据处理中心和若干个基准站，该双频GPS接收机包括：

GPS模块、中央处理模块、通讯模块、输出模块，

所述GPS模块接收GPS卫星发送的GPS卫星信号，生成接收机定位数据传送给中央处理模块，中央处理模块将接收机定位数据通过通讯模块发送给所述数据处理中心，数据处理中心根据接收机定位数据和所述若干个基准站采集到的卫星观测数据，生成差分信息反馈给通讯模块，通讯模块将差分信息通过中央处理模块发送给GPS模块，GPS模块根据差分信息和GPS卫星观测数据计算出实时定位信息发送给中央处理模块；中央处理模块将实时定位信息通过输出模块输出给用户应用系统中的控制手薄。

具体地，所述中央处理模块设置有若干个异步串行通信接口与所述通讯模块、GPS模块和输出模块进行通信。

所述中央处理模块还连接有用于存储所述GPS模块采集的静态定位数据的存储器。

所述通讯模块是GSM网的GPRS模块，还可以包括一个CDMA模块。所述GPRS模块内嵌有TCP/IP协议栈，设有GPRS业务支持节和GPRS网关支持节点。所述GPRS模块和CDMA模块分别设有供电电源电路。

所述输出模块是蓝牙输出模块。

本实用新型还提供一种连续运行参考站系统，其包括若干个用于定点连续采集GPS卫星观测数据的基准站、设有双频GPS接收机的用户应用系统，用于接收各基准站数据和双频GPS接收机的接收机定位数据并进行数据处理生成差分信息的数据处理中心，所述双频GPS接收机包括：

GPS模块、中央处理模块、通讯模块、输出模块，

所述GPS模块接收GPS卫星发送的GPS卫星信号，生成接收机定位数据传送给中央处理模块，中央处理模块将接收机定位数据通过通讯模块发送给所述数据处理中心，数据处理中心根据接收机定位数据和所述若干个基准站采集到的卫星观测数据，生成差分信息反馈给通讯模块，通讯模块将差分信息通过中央处理模块发送给GPS模块，GPS模块根据差分信息和GPS卫星观测数据计算出实时定位信息发送给中央处理模块；中央处理模块将实时定位信息通过输出模块输出给用户应用系统的控制手薄。

本实用新型通过在双频GPS接收机中嵌入GPRS通讯模块，使得与CORS系统的通讯及数据传输更加可靠、更加快速便捷。

为使本实用新型更加容易理解，下面将结合附图进一步阐述本实用新型。

附图说明

图1为本实用新型一种连续运行参考站系统的一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一种双频GPS接收机的一实施例的结构示意图；

图3为图2中GPRS模块通讯模式登陆处理程序流程图；

图4为图2中GPRS模块数据接收处理的程序流程图。

具体实施方式

随着GPS技术的飞速进步和应用普及，GPS在城市测量中的作用已越来越重要。当前，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行参考站系统(Continuous Operational Reference System，缩写为CORS)已成为城市GPS应用的发展热点之一。

现在参考附图描述本实用新型的实施例，首先参考图1，一种连续运行参考站系统(CORS系统)，其包括三个用于定点连续采集GPS卫星观测数据的基准站011、012和013，设有双频GPS接收机021的用户应用系统02、用于接收各基准站数据和双频GPS接收机的接收机定位数据并进行数据处理生成差分信息的数据处理中心03；基准站定点连续采集卫星观测数据并发送给数据处理中心，同时用户应用系统将采集到的接收机定位数据也发送给数据处理中心，数据处理中心进行分析计算，输出差分信息给用户应用系统；

以下是对CORS系统的详细介绍：

基准站网：基准站网由一定区域范围内，均匀分布的多个基准站组成。负责定点连续采集卫星观测数据并输送至数据处理中心，同时提供系统完好性监测服务。基准站网是CORS系统的数据来源。

数据处理中心：系统的控制中心，用于接收各基准站数据，进行数据处理，形成多基准站差分定位用户数据，组成一定格式的数据文件，分发给用户应用系统使用。数据处理中心是CORS的核心单元，也是高精度实时动态定位得以实现的关键所在。

数据处理中心24小时连续不断地根据各基准站所采集的实时观测数据在区域内进行整体建模解算，自动生成一个对应于流动站点位的虚拟参考站(包括基准站坐标和GPS观测值信息)并通过现有的数据通信网络或无线数据播发网，向各类需要测量和导航的用户以国际通用格式提供码相位/载波相位差分修正信息，以便实时解算出移动站的精确点位。

数据处理中心在为移动站生成虚拟改正数据时，需要知道移动站的定位信息。移动站通过无线通讯方式(GPRS或GSM)把国际标准格式(NMEA-0183GGA)的定位数据实时地发送到数据处理中心，数据处理中心在移动站的位置附近虚拟出一个参考站，把这些虚拟数据通过无线通讯方式播发到移动站接收。

数据传输系统：各基准站数据通过光纤专线传输至监控分析中心，该系统包括数据传输硬件设备及软件控制模块。

数据播发系统：系统通过移动网络、UHF电台、Internet等形式向用户播发定位导航数据。目前比较实用和方便的方式是通过移动网络进行播发，主要是使用GPRS方式或GSM方式。国内已建设的CORS系统绝大部分使用GPRS方式播发，少数早期建设的系统还使用GSM方式播发。数据播放系统一般建设在数据处理中心，同时利用了公共无线移动网络资源。

用户应用系统：包括用户信息接收系统(双频GPS接收机)、网络型RTK定位系统、事后和快速精密定位系统以及自主式导航系统和监控定位系统等。按照应用的精度不同，用户服务子系统可以分为毫米级用户系统，厘米级用户系统，分米级用户系统，米级用户系统等；而按照用户的应用不同，可以分为测绘与工程用户(厘米、分米级)，车辆导航与定位用户(米级)，高精度用户(事后处理)、气象用户等几类。

通用的用户信息接收系统相应的也有移动网络、UHF电台、Internet等形式，与CORS系统的播发系统相对应；目前用户信息接收系统具有实用意义的方式是通过移动网络(GPRS或GSM)。

参考图2，其中用户应用系统中的双频GPS接收机021包括：

GPS模块2、中央处理模块1、通讯模块3、输出模块4，

所述GPS模块2接收GPS卫星发送的双频无线信号(即GPS卫星观测数据)，生成接收机定位数据传送给中央处理模块1，中央处理模块1将接收机定位数据通过通讯模块3发送给所述数据处理中心03，数据处理中心03根据静态定位数据和所述若干个基准站01采集到的卫星观测数据，生成差分信息反馈给通讯模块3，通讯模块3将差分信息通过中央处理模块1发送给GPS模块2，GPS模块2根据差分信息和GPS卫星观测数据计算出实时定位信息发送给中央处理模块1；中央处理模块1将实时定位信息通过输出模块4输出给用户应用系统02中的控制手薄。

所述通讯模块3可以采用GPRS模块，内嵌在接收机内部，GSM天线也是内置的，与接收机是一体化设计。输出模块可以采用蓝牙无线输出。

GPRS模块有3种工作方式(GSM、TCP、UDP)：

1、GSM直接接入方式

用户应用系统通过GSM拨号方式接入，接入后无需软件协议，直接获取改正数据即可。这种方式一般见于早期建立的CORS系统。接收机内置GPRS模块可以实现GSM方式接入CORS系统。

工作流程：

a：设置GPS每秒输出GPGGA定位信息；

b：通过“GPRS_ATD”给GPRS模块发送拨号命令；

c：等待GPRS模块自动拨号，拨号成功则回应“CONNECT”；

d：CPU通过COM2接收GPS模块的GPGGA定位信息，并通过COM3发送往GPRS模块，GPRS模块通过网络给CORS服务器发送GPGGA定位信息。

e：CORS服务器接收GPGGA定位信息后通过网络往GPRS模块发送差分信息，CPU通过COM3接收GPRS模块收到的差分信息，并通过COM3发送给GPS模块进行GPS定位解算。

2、GPRS TCP接入方式

这种方式是目前最常用的接入方式，使用NTRIP协议。NTRIP协议是一种通用的CORS系统接入软件协议，是基于HTTP协议的应用改进版协议，完全使用HTTP的命令字和交互握手方式，仅在名称和数据流上有所不同。本实用新型的接收机已经实现了基于NTRIP协议的CORS系统的无缝兼容接入。

工作流程：

a：设置GPS每秒输出GPGGA定位信息；

b：通过“GPRS_SetContext”设置GPRS模块上下文环境；

c：通过“GPRS_ActivateIP”激活GPRS IP，连接上GPRS网络；

d：通过“GPRS_LinkSever”的TCP协议，连接CORS服务器IP和登陆端口；

e：等待GPRS模块连接CORS服务器，成功则回应“CONNECT”；

f：通过“GPRS_Logoin_VRS”使用符合NTRIP协议的HTML GET命令进行用户验证；

g：CPU通过COM2接收GPS模块的GPGGA定位信息，并通过COM3发送往GPRS模块，GPRS模块通过网络给CORS服务器发送GPGGA定位信息。CORS服务器接收GPGGA定位信息后通过网络往GPRS模块发送差分信息。

h：CPU通过COM3接收GPRS模块收到CORS服务器发送的差分信息，并通过COM2发送给GPS模块进行定位解算。

3、GPRS的UDP方式

UDP连接有比TCP连接快速，是无面向连接的通讯方式。

工作流程：

a：通过“GPRS_SetContext”设置GPRS模块上下文环境；

b：通过“GPRS_ActivateIP”激活GPRS IP，连接上GPRS网络；

c：通过“GPRS_LinkSever”的UDP协议，连接中海达网络服务器IP和9000登陆端口；

d：等待GPRS模块连接中海达网络服务器，成功则回应“CONNECT”；

e：通过“SendNetCmd”发送GL命令，获取服务器的数据端口；

f：断开中海达网络服务器IP连接；

g：通过“GPRS_LinkSever”的UDP协议，连接中海达网络服务器IP和获取服务器的数据端口；

h：等待GPRS模块连接中海达网络服务器，成功则回应“CONNECT”；

i：基准站：CPU通过COM2接收GPS模块的差分信息，并通过COM3发送往GPRS模块，GPRS模块通过网络给中海达网络服务器发送差分信息。移动站：CPU通过COM3接收GPRS模块收到中海达网络服务器发送的差分信息，并通过COM2发送给GPS模块进行定位解算。

双频GPS接收机使用32位ARM7内核工业级嵌入式控制芯片作为主控制器，需要设计和实现基于32位ARM7控制芯片的接收机嵌入式控制软件，控制协调所有集成一体化的部件，包括GPS接收主板、GPRS通讯模块、非易失性FLASH存储器等。

本实用新型的双频GPS接收机硬件设计如下：

接收机软件是内嵌到双频GPS接收机主机的32位嵌入式ARM7控制芯片中的嵌入式软件程序。我们选用了ST的STR710工业级低功耗ARM处理器作为系统控制器与数据采集器，STR710集成了符合行业标准的ARM7TDMI 32位RISC内核，以高性能、低功耗、密集的编码，全面的外设组合，和最新集成的ST0.18微米嵌入式快闪存储器技术为特色。片上集成大量的RAM与FLASH足够大量的数据缓存与存储大量代码需求，片上集成的四个支持全双工的UART串口最大地满足了整个系统需求，利用USB高速串行总线下载GPS卫星观测数据。使用小型的、高度集成的32位ARM微控制器在降低总系统成本的同时还扩展了应用能力。

为了满足产品设计要求，在ARM7控制芯片挂接64M FLASH存储器足以采集大量的GPS卫星观测数据。采用工业级GPRS模块实现差分电文的无线传送。利用蓝牙模块实现接收机与控制手薄之间的无线通信。接收机软件的作用就是协调控制各部件达到需要的工作模式，同时实现各种工作模式下的功能实现，比较重要的是实现连接CORS系统的各种接入方法。

1、系统主控芯片为ARM7 CPU STR710，在各部分电路中主要采用了是异步串行通信(UART)。该芯片具有4个UART(COM)口，分别连接不同的模块，集成在一起。

COM1：作为数据输出接口，连接到蓝牙模块和并通进电平转换连接作为外部RS232串口接口；

COM2：连接GPS主板COM1口，作为GPS定位数据和GPS数据采集接收接口，由于GPS主板COM1口为RS232电平接口，为了能与CPU的COM2进行串行通信必须进行电平转换电路，在路电中选用了带静电保护的MAX3243实现RS232转换为TTL电平；

COM3：连接GPS主板COM2口，GPS主板COM2为TTL电平接口，可以直接与CPU的COM4口连接，作为差分改正数据传输接口；

COM4：连接数据传输模块电路，例如GPRS模块，CDMA模块电路，外部数据链接口等，作为差分数据通讯输入接口。

为了实现产品能大量存储采集的GPS数据，必须在ARM7控制芯片挂接大容量的存储器以采集大量的GPS卫星观测数据。在选择数据存储器上选用大容量的NAND FLASH存储器，项目要求存储器对机器质量、数据的安全性、机器寿命等方面要求较高，目前大容量的NAND FLASH存储器有两种构架，SLC(Single Level Cell单层式储存)和MLC(Multi Level Cell多层式储存)，大容量的SLC闪存芯片成本要比MLC闪存芯片高很多。但是MLC架构有许多缺点，首先是使用寿命较短，SLC架构可以存取10万次，而MLC架构只能承受约1万次的存取。其次就是存取速度慢，在目前技术条件下，MLC芯片理论速度只能达到2MB左右。SLC架构比MLC架构要快速三倍以上。再者，MLC能耗比SLC高，在相同使用条件下比SLC要多15％左右的电流消耗。基于项目要求选用了选择Samsung的SLC构架64M*8Bit的大容量K9F1208芯片。由于选用的CPU STR710芯片没有专用的NAND FLASH存储器EMI(外部存储器控制器接口，External MemoryInterface)，但STR710的SRAM(静态RAM)的EMI中读写时序基本上与NAND FLASH存储器的读写时序一致，这就可以通过NANDFLASH存储器数据的读写时序由SRAM的EMI来控制数据的读写，除读写时序以外的NAND FLASH存储器的控制信口线则由STR710的普通IO(IN PUT/OUT PUT)引脚一来控制。而NAND FLASH存储器的数据接口则直接可以与STR710的SRAM的EMI的数据口的低字节数据线连接。从而完美地完现了STR710对NAND FLASH存储器的控制。

2、数据链通讯方式有：内置GPRS(通用分组无线业务)通讯模块，和外部输入接口。这些模块的数据都通过切换芯片输入到CPU的COM4口，在不同的工作模式下，CPU自动选择不同的模块进行通讯；由CPU分析处理后，通过COM3传输给GPS主板COM2口。其中GPRS通讯模块是实现CORS的核心通信部分。GPRS通讯模块分为两部分一个是GSM网的GPRS模块，另一个是CDMA模块。GPRS模块GR64作为产品的必备部分，而CDMA模块DTL-800可作为选用部分；GR64是Sony/Ericsson公司最新推出的一款内嵌TCP/IP协议栈的GSM/GPRS模块，可向下兼容GR47，内嵌的ARM9CPU可以开放给用户。它是工业级的GPRS模块，适应温度-30至75摄氏度，内嵌TCP/IP协议栈，完全透明传输，经过防电磁处理模块，可提供高速无线IP或X.25服务；它增加了SGSN(GPRS业务支持节点)和GGSN(GPRS网关支持节点)2个服务节点，可提供端到端的、广域的无线IP连接。相对于其他数传方式，GPRS更具优势：建设成本低，数据传输可靠性高，传输速率可达171kbps，基于IP协议可以访问整个Internet，永远在线和按流量收费。CDMA模块DTL-800是美国Anydata产品，具有稳定性高，传输速度快，模块尺寸小的特点，更重要的是内建TCP/IP协议，符合本项目的设计需要。

GPRS模块与CPU的通信也是使用UART通信方式，由于其接口电平是2.75V电平，而不是标准的3.3V，接口必需进行电平转换匹配设计，在设计中选用了简单的电阻分压设计。模块的GPRS的在线信号线(DCD)，数据已发送完毕信号线等控制线分别分配了CPU的IO，由于GPRS又与CDMA共同使用CPU的COM4口，而且GPRS和CDMA的一部分接口为双向接口，为了解决这个问题，在电路设计中采用了多组模拟开关复用芯片4053来实现GPRS和CDMA通信线路复用与双向通信；为了设计安全考虑分别为这两个模块设计了独立的供电电源电路。

3、GPS接收板是处理GPS信号的核心模块，GPS接收板通过内置的GPS天线接收GPS卫星发出的双频(L1：1575.42MHZ，L2：1227.60MHZ)无线信号，加上COM2口发送来的差分数据，通过分析得出准确的定位信息。定位信息通过接收板的COM1口传输给CPU。CPU的控制命令也通过COM1口送到GPS接收模块中。

4、数据输出部分：定位数据输出有两种方式，一是通过RS-232串口有线方式传输到控制手簿或电脑；二是通过蓝牙方式传输到控制手簿，蓝牙在这里映射为串口服务。选取有线方式或蓝牙方式通过二选一的选择芯片来实现。

本实用新型的接收机软件的各个功能模块主要包括以下部分：定位数据采集与存储程序，命令系统程序，GPRS连接网络与数据收发程序(含CORS各种接入方式的实现)，

1、定位数据采集与存储程序：在进行RTK定位时，实现定位数据分析和坐标设置，接收定位数据传送到手薄上，转发差分电文等。基准站坐标设置分为自动设置和手动设置。自动设置方式是在按住面板F键开机来实现，在GPS接收模块锁定卫星后，先由CPU获取GPS接收模块的单点定位信息，分析出纬度、经度和高程，以这个定位坐标设置GPS接收模块作为基准站参考坐标；在进行大地测量定位时，主要先实现的是大地测量文件的创建、大地测量采集参数设置，大地测量数据分析和大地测量数据的存储。

2、命令系统程序：命令系统实现整个V8的系统操作控制，V8系统参数设置，GPS OEM板的部分参数设置，GPRS的参数设置，静态文件操作等。

3、GPRS连接网络与数据收发程序：实现GSM电交换通讯模式的ZHD和VRS网络连接登陆处理，GPRS通讯模式的ZHD和VRS网络连接登陆处理，网络数据处理等。而ZHD且GPRS通讯模式采用了分包发送传输方式以达到单基准站时，一个基准站可以同时给多个移动站提供差分数据。其中主要的GPRS通讯模式登陆处理和网络数据接收处理的程序流程如图3、图4所示。

以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种双频GPS接收机，其设置在连续运行参考站系统的用户应用系统中，所述连续运行参考站系统还包括数据处理中心和若干个基准站，其特征在于，该双频GPS接收机包括：

GPS模块、中央处理模块、通讯模块、输出模块，

所述GPS模块接收GPS卫星发送的GPS卫星信号，生成接收机定位数据传送给中央处理模块，中央处理模块将接收机定位数据通过通讯模块发送给所述数据处理中心，数据处理中心根据接收机定位数据和所述若干个基准站采集到的卫星观测数据，生成差分信息反馈给通讯模块，通讯模块将差分信息通过中央处理模块发送给GPS模块，GPS模块根据差分信息和GPS卫星观测数据计算出实时定位信息发送给中央处理模块；中央处理模块将实时定位信息通过输出模块输出给用户应用系统中的控制手薄。

2.如权利要求1所述的双频GPS接收机，其特征在于，所述中央处理模块设置有若干个异步串行通信接口与所述通讯模块、GPS模块和输出模块进行通信。

3.如权利要求2所述的双频GPS接收机，其特征在于，所述中央处理模块还连接有用于存储所述GPS模块采集的GPS卫星观测数据的存储器。

4.如权利要求3所述的双频GPS接收机，其特征在于，所述通讯模块是GSM网的GPRS模块。

5.如权利要求4所述的双频GPS接收机，其特征在于，所述通讯模块还包括一个CDMA模块。

6.如权利要求4所述的双频GPS接收机，其特征在于，所述GPRS模块内嵌有TCP/IP协议栈，设有GPRS业务支持节点和GPRS网关支持节点。

7.如权利要求6所述的双频GPS接收机，其特征在于，所述GPRS模块和CDMA模块分别设有供电电源电路。

8.如权利要求4所述的双频GPS接收机，其特征在于，所述输出模块是蓝牙输出模块。

9.一种连续运行参考站系统，其包括若干个用于定点连续采集GPS卫星观测数据的基准站、设有双频GPS接收机的用户应用系统、用于接收各基准站数据和双频GPS接收机的接收机定位数据并进行数据处理生成差分信息的数据处理中心，其特征在于，所述双频GPS接收机包括：

GPS模块、中央处理模块、通讯模块、输出模块，

所述GPS模块接收GPS卫星发送的GPS卫星信号，生成接收机定位数据传送给中央处理模块，中央处理模块将接收机定位数据通过通讯模块发送给所述数据处理中心，数据处理中心根据静态定位数据和所述若干个基准站采集到的卫星观测数据，生成差分信息反馈给通讯模块，通讯模块将差分信息通过中央处理模块发送给GPS模块，GPS模块根据差分信息和GPS卫星观测数据计算出实时定位信息发送给中央处理模块；中央处理模块将实时定位信息通过输出模块输出给用户应用系统的控制手薄。

10.如权利要求9所述的连续运行参考站系统，其特征在于，所述通讯模块是GSM网的GPRS模块。

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