專利名稱：一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置及其工作方法，尤其涉及GNSS RTK實(shí)時(shí)差分定位和航跡計(jì)算處理技術(shù)，屬于測(cè)量方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
GNSS RTK技術(shù)是目前世界上精度最高的衛(wèi)星導(dǎo)航定位方式，人們?cè)絹碓絻A向于使用GNSS RTK技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航定位測(cè)量作業(yè)。隨著海洋經(jīng)濟(jì)的跨越式發(fā)展，僅能用于陸地及近海的GNSS RTK技術(shù)已無法滿足海洋作業(yè)的需求。在遠(yuǎn)海海域進(jìn)行定位測(cè)量作業(yè)時(shí)，也迫切需要使用GNSS RTK差分定位技術(shù)，傳統(tǒng)的GNSS RTK技術(shù)將基準(zhǔn)站建立在位置固定的陸地，受流動(dòng)站與基準(zhǔn)站的工作距離限制，流動(dòng)站無法遠(yuǎn)離海岸進(jìn)行作業(yè)。數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展和GNSS接收模塊測(cè)速的高精確性，使得通過規(guī)律移動(dòng)的船載GNSS基準(zhǔn)站來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)海GNSS RTK測(cè)量有效可行。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置及其工作方法。一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置，包括船載GNSS基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)鏈路單元、RTK流動(dòng)站三個(gè)部分；還包括一個(gè)數(shù)據(jù)處理單元，GNSS基準(zhǔn)站通過兩路RS232串口與數(shù)據(jù)處理單元連接，數(shù)據(jù)處理單元通過兩路RS232串口與數(shù)據(jù)鏈路單元連接，數(shù)據(jù)鏈路單元連接通過一路RS232串口與RTK流動(dòng)站相連接；數(shù)據(jù)處理單元由航跡判斷處理部分和差分信息解算部分組成，航跡判斷處理部分和差分信息解算部分通過一路RS232串口連接； 在船載GNSS基準(zhǔn)站中，增加了狀態(tài)解算部分，與GNSS接收模塊通過RS232串口連接。航跡判斷處理部分采用SAMSUNG公司的S3C44B0X處理器，差分信息解算部分采用 TI公司的TMS320C6713芯片；S3C44B0X處理器和TMS320C6713芯片通過GPIO模擬RS232 協(xié)議連接?！N規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置的工作方法如下1)船載GNSS基準(zhǔn)站的GNSS接收模塊將獲得的測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息，分別送至狀態(tài)解算部分和數(shù)據(jù)處理單元的差分信息解算部分；2)船載GNSS基準(zhǔn)站靜止時(shí)，船載GNSS基準(zhǔn)站的態(tài)解算部分根據(jù)步驟1)中GNSS 接收模塊接收到的測(cè)距信息和導(dǎo)航電文信息，解算出船載GNSS基準(zhǔn)站在WGS-84坐標(biāo)系下的位置；20分鐘后，船載GNSS基準(zhǔn)站的狀態(tài)解算部分解算出的船載GNSS基準(zhǔn)站平均位置趨于穩(wěn)定，將此位置Ptl(Xt), y。，z0)作為船載GNSS基準(zhǔn)站此時(shí)的準(zhǔn)確位置，并送至數(shù)據(jù)處理單元的航跡判斷處理部分；3)航跡判斷處理部分通過數(shù)據(jù)鏈路單元接收RTK流動(dòng)站發(fā)送的WGS-84坐標(biāo)系下的目標(biāo)作業(yè)區(qū)域中心位置P1U1, Y1, Z1), mm P1U1, Y1, Z1)與船載GNss基準(zhǔn)站所在位置Pq(Xq，yQ，Z0)之間的距離，若I FF] I >3km，則轉(zhuǎn)至步驟4)；否則繼續(xù)步驟3)，船載GNSS基準(zhǔn)站保持靜止，數(shù)據(jù)處理單元的差分信息解算部分從航跡判斷處理部分讀取船載GNSS基準(zhǔn)站準(zhǔn)確位置Ptl (xo，y。，z0)，并利用步驟1)中從GNSS接收模塊獲得的測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息在差分信息解算部分進(jìn)行載波相位差分運(yùn)算，得到差分改正數(shù)并通過數(shù)據(jù)鏈路單元傳送給RTK流動(dòng)站；當(dāng)RTK流動(dòng)站目標(biāo)作業(yè)區(qū)域改變時(shí)，RTK流動(dòng)站將新的目標(biāo)作業(yè)區(qū)域中心位置P1 (X1, Y1, Z1)通過數(shù)據(jù)鏈路單元發(fā)送給船載GNSS基準(zhǔn)站，重復(fù)步驟3)；4)若IF瓦1>3km，則船載GNSS基準(zhǔn)站沿Fl以航速V= (vx, vy, vz)勻速行駛， 數(shù)據(jù)處理單元的航跡判斷處理部分根據(jù)船載GNSS基準(zhǔn)站行駛起點(diǎn)Ptl ( ，y0,、)、航速V = (vx，vy, O和行駛時(shí)間t =、計(jì)算出船載GNSS基準(zhǔn)站當(dāng)前準(zhǔn)確位置P (x，y，ζ) = (x0+vxt, %+^^，2(|+\0，并將？0^，7，2)送至數(shù)據(jù)處理單元的差分信息解算部分，與步驟1)中GNSS 接收模塊實(shí)時(shí)接收的測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息進(jìn)行載波相位差分運(yùn)算，得到差分改正數(shù)并通過數(shù)據(jù)鏈路單元傳送給RTK流動(dòng)站；其中，ti為船載GNSS基準(zhǔn)站規(guī)律運(yùn)動(dòng)后第i次接收測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息的時(shí)刻，且船載GNSS基準(zhǔn)站規(guī)律運(yùn)動(dòng)起始時(shí)刻為t0 = O ；5)數(shù)據(jù)處理單元的航跡判斷處理部分根據(jù)、時(shí)刻船載GNSS基準(zhǔn)站觀測(cè)速度 7=(f::/r:，t)和預(yù)定速度^ (Vx, Vy，Vz)，計(jì)算、< <、時(shí)間內(nèi)的船載GNSS基準(zhǔn)
站航偏誤差量I Γ ν ■ Qdtl，若累計(jì)航偏.P I: 〒:《dr|>5m，則轉(zhuǎn)至步驟
2)；否則，繼續(xù)步驟5)，判斷是否滿足I PP]I >3km，若滿足，則轉(zhuǎn)至步驟4)；否則，船載GNSS 基準(zhǔn)站停止行駛，令 P。(χ。，y0, z0) = P (x, y, ζ) = (x0+vxt, y0+vyt, z0+vzt)并轉(zhuǎn)至步驟 3)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1、本發(fā)明利用數(shù)據(jù)處理技術(shù)和載波相位差分技術(shù)，通過數(shù)據(jù)處理單元計(jì)算船載 GNSS基準(zhǔn)站的移動(dòng)規(guī)律，并處理船載GNSS基準(zhǔn)站起始位置、預(yù)定航速和觀測(cè)速度，完成航偏誤差的計(jì)算、判決，提供了一種基準(zhǔn)站規(guī)律移動(dòng)的實(shí)時(shí)差分高精度測(cè)量裝置及其工作方法。2、本發(fā)明一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置及其工作方法克服了傳統(tǒng)RTK技術(shù)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的距離限制，突破近海范圍，使GNSS RTK實(shí)時(shí)差分測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)海，迎合市場(chǎng)需求，具有良好的市場(chǎng)前景。


圖1是本發(fā)明一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置各個(gè)模塊間的連接框圖；圖3是本發(fā)明一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置的工作方法流程圖。其中，101、船載GNSS基準(zhǔn)站，102、數(shù)據(jù)處理單元，103、數(shù)據(jù)鏈路單元，104、RTK流動(dòng)站，201、GNSS接收模塊，202、狀態(tài)解算部分，203、航跡判斷處理部分，204、差分信息解算部分，205、數(shù)據(jù)接口，206、VHF收發(fā)模塊，207、VHF收發(fā)模塊。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述，本實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，不能根據(jù)以下實(shí)施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置，包括船載GNSS基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)鏈路單元、RTK流動(dòng)站三個(gè)部分；還包括一個(gè)數(shù)據(jù)處理單元，GNSS基準(zhǔn)站通過兩路RS232串口與數(shù)據(jù)處理單元連接，數(shù)據(jù)處理單元通過兩路RS232串口與數(shù)據(jù)鏈路單元連接，數(shù)據(jù)鏈路單元連接通過一路RS232串口與RTK流動(dòng)站相連接；數(shù)據(jù)處理單元由航跡判斷處理部分和差分信息解算部分組成，航跡判斷處理部分和差分信息解算部分通過一路RS232串口連接； 在船載GNSS基準(zhǔn)站中，增加了狀態(tài)解算部分，與GNSS接收模塊通過RS232串口連接。航跡判斷處理部分采用SAMSUNG公司的S3C44B0X處理器，差分信息解算部分采用 TI公司的TMS320C6713芯片；S3C44B0X處理器和TMS320C6713芯片通過GPIO模擬RS232 協(xié)議連接。一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置的工作方法如下1)船載GNSS基準(zhǔn)站的GNSS接收模塊將獲得的測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息，分別送至狀態(tài)解算部分和數(shù)據(jù)處理單元的差分信息解算部分；2)船載GNSS基準(zhǔn)站靜止時(shí)，船載GNSS基準(zhǔn)站的態(tài)解算部分根據(jù)步驟1)中GNSS 接收模塊接收到的測(cè)距信息和導(dǎo)航電文信息，解算出船載GNSS基準(zhǔn)站在WGS-84坐標(biāo)系下的位置；20分鐘后，船載GNSS基準(zhǔn)站的狀態(tài)解算部分解算出的船載GNSS基準(zhǔn)站平均位置趨于穩(wěn)定，將此位置Ptl(Xt), y。，z0)作為船載GNSS基準(zhǔn)站此時(shí)的準(zhǔn)確位置，并送至數(shù)據(jù)處理單元的航跡判斷處理部分；3)航跡判斷處理部分通過數(shù)據(jù)鏈路單元接收RTK流動(dòng)站發(fā)送的WGS-84坐標(biāo)系下的目標(biāo)作業(yè)區(qū)域中心位置P1U1, Y1, Z1), mm P1U1, Y1, Z1)與船載GNss基準(zhǔn)站所在位置 P0 (Xo，y。，Z0)之間的距離，若FF'I I >3km，則轉(zhuǎn)至步驟4)；否則繼續(xù)步驟3)，船載GNSS基準(zhǔn)站保持靜止，數(shù)據(jù)處理單元的差分信息解算部分從航跡判斷處理部分讀取船載GNSS基準(zhǔn)站準(zhǔn)確位置Ptl ( ，y0, z0)，并利用步驟1)中從GNSS接收模塊獲得的測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息在差分信息解算部分進(jìn)行載波相位差分運(yùn)算，得到差分改正數(shù)并通過數(shù)據(jù)鏈路單元傳送給RTK流動(dòng)站；當(dāng)RTK流動(dòng)站目標(biāo)作業(yè)區(qū)域改變時(shí)，RTK流動(dòng)站將新的目標(biāo)作業(yè)區(qū)域中心位置P1 (X1, Y1, Z1)通過數(shù)據(jù)鏈路單元發(fā)送給船載GNSS基準(zhǔn)站，重復(fù)步驟3)；4)若IF^ >3km，則船載GNSS基準(zhǔn)站沿PH1 丨以航速V= (vx, vy, vz)勻速行駛， 數(shù)據(jù)處理單元的航跡判斷處理部分根據(jù)船載GNSS基準(zhǔn)站行駛起點(diǎn)Ptl ( ，y0,、)、航速V = (vx，vy, O和行駛時(shí)間t =、計(jì)算出船載GNSS基準(zhǔn)站當(dāng)前準(zhǔn)確位置P (x，y，ζ) = (x0+vxt, %+^^，2(|+\0，并將？0^，7，2)送至數(shù)據(jù)處理單元的差分信息解算部分，與步驟1)中GNSS 接收模塊實(shí)時(shí)接收的測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息進(jìn)行載波相位差分運(yùn)算，得到差分改正數(shù)并通過數(shù)據(jù)鏈路單元傳送給RTK流動(dòng)站；其中，ti為船載GNSS基準(zhǔn)站規(guī)律運(yùn)動(dòng)后第i次接收測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息的時(shí)刻，且船載GNSS基準(zhǔn)站規(guī)律運(yùn)動(dòng)起始時(shí)刻為t0 = 0 ；5)數(shù)據(jù)處理單元的航跡判斷處理部分根據(jù)、時(shí)刻船載GNSS基準(zhǔn)站觀測(cè)速度
權(quán)利要求
1.一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置，包括船載GNSS基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)鏈路單元、RTK流動(dòng)站三個(gè)部分；其特征在于，還包括一個(gè)數(shù)據(jù)處理單元，GNSS基準(zhǔn)站通過兩路 RS232串口與數(shù)據(jù)處理單元連接，數(shù)據(jù)處理單元通過兩路RS232串口與數(shù)據(jù)鏈路單元連接， 數(shù)據(jù)鏈路單元連接通過一路RS232串口與RTK流動(dòng)站相連接；數(shù)據(jù)處理單元由航跡判斷處理部分和差分信息解算部分組成，航跡判斷處理部分和差分信息解算部分通過一路RS232 串口連接；在船載GNSS基準(zhǔn)站中，增加了狀態(tài)解算部分，與GNSS接收模塊通過RS232串口連接。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置，其特征在于，所述的航跡判斷處理部分采用SAMSUNG公司的S3C44B0X處理器，差分信息解算部分采用TI 公司的TMS320C6713芯片；S3C44B0X處理器和TMS320C6713芯片通過GPIO模擬RS232協(xié)議連接。
3.一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置的工作方法，其特征在于，工作方法如下1)船載GNSS基準(zhǔn)站的GNSS接收模塊將獲得的測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息，分別送至狀態(tài)解算部分和數(shù)據(jù)處理單元的差分信息解算部分；2)船載GNSS基準(zhǔn)站靜止時(shí)，船載GNSS基準(zhǔn)站的態(tài)解算部分根據(jù)步驟1)中GNSS接收模塊接收到的測(cè)距信息和導(dǎo)航電文信息，解算出船載GNSS基準(zhǔn)站在WGS-84坐標(biāo)系下的位置；20分鐘后，船載GNSS基準(zhǔn)站的狀態(tài)解算部分解算出的船載GNSS基準(zhǔn)站平均位置趨于穩(wěn)定，將此位置Ptl ( ，y0, z0)作為船載GNSS基準(zhǔn)站此時(shí)的準(zhǔn)確位置，并送至數(shù)據(jù)處理單元的航跡判斷處理部分；3)航跡判斷處理部分通過數(shù)據(jù)鏈路單元接收RTK流動(dòng)站發(fā)送的WGS-84坐標(biāo)系下的目標(biāo)作業(yè)區(qū)域中心位置P1 (X15YijZ1)，并計(jì)算P1 (xi; Y1, Z1)與船載GNSS基準(zhǔn)站所在位置Ptl (x0, y0, z0)之間的距離，若I P- Γ I >3km，則轉(zhuǎn)至步驟4)；否則繼續(xù)步驟3)，船載GNSS基準(zhǔn)站保持靜止，數(shù)據(jù)處理單元的差分信息解算部分從航跡判斷處理部分讀取船載GNSS基準(zhǔn)站準(zhǔn)確位置Ptl(Xt), y。，、)，并利用步驟1)中從GNSS接收模塊獲得的測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息在差分信息解算部分進(jìn)行載波相位差分運(yùn)算，得到差分改正數(shù)并通過數(shù)據(jù)鏈路單元傳送給RTK流動(dòng)站；當(dāng)RTK流動(dòng)站目標(biāo)作業(yè)區(qū)域改變時(shí)，RTK流動(dòng)站將新的目標(biāo)作業(yè)區(qū)域中心位置P1 (X1, Y1, Z1)通過數(shù)據(jù)鏈路單元發(fā)送給船載GNSS基準(zhǔn)站，重復(fù)步驟3)；4)若IP. P. I >3km，則船載GNSS基準(zhǔn)站沿P. P:以航速V= (vx, vy, vz)勻速行駛，數(shù)據(jù)處理單元的航跡判斷處理部分根據(jù)船載GNSS基準(zhǔn)站行駛起點(diǎn)Ptl (x0, y0, z0)、航速vx，vy, vz) 和行駛時(shí)間t =、計(jì)算出船載GNSS基準(zhǔn)站當(dāng)前準(zhǔn)確位置P(x，y，ζ) = (x0+vxt, y0+vyt, 、+\0，并將？0^，7，2)送至數(shù)據(jù)處理單元的差分信息解算部分，與步驟1)中GNSS接收模塊實(shí)時(shí)接收的測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息進(jìn)行載波相位差分運(yùn)算，得到差分改正數(shù)并通過數(shù)據(jù)鏈路單元傳送給RTK流動(dòng)站；其中，ti為船載GNSS基準(zhǔn)站規(guī)律運(yùn)動(dòng)后第i次接收測(cè)距信息、載波信息和導(dǎo)航電文信息的時(shí)刻，且船載GNSS基準(zhǔn)站規(guī)律運(yùn)動(dòng)起始時(shí)刻為 t0 = 0 ；5)數(shù)據(jù)處理單元的航跡判斷處理部分根據(jù)、時(shí)刻船載GNSS基準(zhǔn)站觀測(cè)速度ν:，vV;‘《)和預(yù)定速度V= (vx, Vy, Vz)，計(jì)算V1CtSti時(shí)間內(nèi)的船載GNSS基準(zhǔn)站航偏誤差量I 1/ v; — Odt I，若累計(jì)航偏I(xiàn) XGi r—hd:|>5m，則轉(zhuǎn)至步驟2)；否則，繼續(xù)步驟5)，判斷是否滿足I厲I >3km，若滿足，則轉(zhuǎn)至步驟4)；否則，船載GNSS基準(zhǔn)站停止行駛，令 P。(X。，y。，z0) = P (χ, y, ζ) = (x0+vxt, y0+vyt, z0+vzt)并轉(zhuǎn)至步驟 3)。
全文摘要
一種規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量裝置及其工作方法，屬于測(cè)量方法技術(shù)領(lǐng)域。該方法在船載GNSS基準(zhǔn)站靜態(tài)情況下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間定位得到其準(zhǔn)確起始位置，并根據(jù)船載GNSS基準(zhǔn)站和RTK流動(dòng)站目標(biāo)作業(yè)區(qū)域位置關(guān)系確定船載GNSS基準(zhǔn)站移動(dòng)規(guī)律，同時(shí)處理基準(zhǔn)站觀測(cè)速度、預(yù)定速度和行駛時(shí)間，對(duì)基準(zhǔn)站航跡誤差進(jìn)行計(jì)算、判決，并調(diào)整船載GNSS基準(zhǔn)站行駛狀態(tài)；在船載GNSS基準(zhǔn)站航速和航線起點(diǎn)位置確定情況下，可獲取船載GNSS基準(zhǔn)站準(zhǔn)確實(shí)時(shí)位置，并與船載GNSS基準(zhǔn)站的GNSS測(cè)距信息、載波信息、導(dǎo)航電文信息進(jìn)行載波相位差分運(yùn)算以得到差分改正數(shù)，并通過數(shù)據(jù)鏈路單元發(fā)送給RTK流動(dòng)站，完成規(guī)律移動(dòng)的船載基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)差分測(cè)量。
文檔編號(hào)G01S19/39GK102243314SQ20111009395
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者孫娟, 朱衍波, 李媛媛, 沙俊臣, 邢建平, 馬振良 申請(qǐng)人:山東大學(xué)