一種基于自組網(wǎng)方式的rtk北斗定位系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信及定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的高精度大范圍定位的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)GPS系統(tǒng)由基站、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)通信鏈路和移動站組成?，F(xiàn)有的RTK系統(tǒng)中，移動站坐標(biāo)根據(jù)VRS載波相位觀測值和移動站收到的GPS衛(wèi)星信息來校正自身的坐標(biāo)，提高定位精度。固定基站的GPS觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)通過通訊鏈不停地被傳送到數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心會對每臺固定基站的數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢測，去除數(shù)據(jù)中存在的較大誤差及修正周跳，完成對數(shù)據(jù)質(zhì)量的完善性檢測，并通過分析雙差相位觀測量來計算電離層誤差、對流層誤差和星歷誤差。這些誤差對網(wǎng)內(nèi)任一移動站的影響也被模型化，因此常規(guī)RTK定位的系統(tǒng)誤差能被明顯地剔除。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動站為得到虛擬基站的虛擬基站定位數(shù)據(jù)，必須向數(shù)據(jù)處理中心提供自身的近似位置，該過程通過蜂窩移動通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的NMEA GGA數(shù)據(jù)串來完成。數(shù)據(jù)處理中心自動接收該近似定位信息，并對給定的位置進行幾何替代處理，通過內(nèi)插修正過的星歷誤差、電離層和對流層誤差，為該移動站“生成” 一個“虛擬基站”，由于相對其它固定基站，該“虛擬基站”的坐標(biāo)與移動站的位置最近，所以提高了定位的精度。這種方法的缺點主要在于:
[0003]籲安全隱患問題:由于高精度定位數(shù)據(jù)的RTK數(shù)據(jù)的解算與獲取必須依靠數(shù)據(jù)處理中心通過公共蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)傳輸，如果遇到移動通信網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)處理中心服務(wù)器的故障、癱瘓，就會造成VRS數(shù)據(jù)的傳輸中斷；GPS移動站必須將自身GPS坐標(biāo)等數(shù)據(jù)發(fā)到數(shù)據(jù)處理中心，如果數(shù)據(jù)中途被惡意截取篡改以及數(shù)據(jù)處理中心遭遇惡意入侵時，會導(dǎo)致GPS移動站位置的暴露，不適用于安全性要求較高的場合。
[0004]?上述方法不適用于沒有蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，如山區(qū)，沙漠，森林，海洋等，不能實現(xiàn)無盲區(qū)的高精度定位。
[0005].GSM信號可能在某些區(qū)域會被阻隔或屏蔽，產(chǎn)生通信盲區(qū)。當(dāng)RTK網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域大時，如果要求移動通信運營商增加基站的數(shù)量以達到無盲區(qū)覆蓋，會增加系統(tǒng)的成本。此外，當(dāng)遇到某些會移動的障礙物時，比如輕軌，公交車等金屬，會導(dǎo)致通信盲區(qū)隨之實時變化，即使增加基站數(shù)量也不容易達到整個RTK網(wǎng)絡(luò)的無盲區(qū)覆蓋。
[0006]?每臺GPS移動站都需要使用移動通信網(wǎng)絡(luò)，每年要支付一定的移動通信費用，成本尚。
[0007]要想獲得高精度的RTK數(shù)據(jù)，需要支付數(shù)據(jù)處理中心較高的費用，成本高。
[0008].GPS移動站在移動時，如果遇到蜂窩通信越區(qū)切換，則容易造成數(shù)據(jù)的丟失和連接的中斷。
[0009].GPS網(wǎng)絡(luò)RTK —定要基于和利用美國GPS衛(wèi)星系統(tǒng)，在特殊時期GPS系統(tǒng)可能受到限制，會發(fā)生不能夠進行定位或者定位精度下降。
[0010]?由于部分地區(qū)蜂窩移動通信運營商的基站數(shù)量較少或容量有限，如果GPS移動站數(shù)目較多，容易造成通信的擁塞，RTK數(shù)據(jù)丟失。
[0011].該方式是GPS基站和GPS移動站將自身GPS坐標(biāo)等數(shù)據(jù)發(fā)到數(shù)據(jù)處理中心的服務(wù)器端，該服務(wù)器將VRS的GPS信息通過GSM/GPRS方式發(fā)送給GPS移動站。這種做法在訪問量較大時會有明顯的缺陷:因為需要雙向通信，因此通信速度慢，所有GPS移動站都會訪問數(shù)據(jù)處理中心的服務(wù)器，很容易造成通信的中斷或阻塞。
[0012]為解決上述問題，本發(fā)明提出了基于自組網(wǎng)無線通信模塊的北斗RTK定位系統(tǒng)及其定位方法，該方式利用無線通信模塊構(gòu)建的自組網(wǎng)在北斗定位基站和北斗定位移動站之間進行信息的交互，北斗定位移動站根據(jù)各基站發(fā)來的基站定位信息并根據(jù)VRS算法解算出虛擬基站的虛擬基站定位數(shù)據(jù)，其中包括虛擬基站載波相位觀測值，將北斗定位移動站的北斗衛(wèi)星定位信息和上述虛擬基站載波相位觀測值在北斗定位移動站本地進行解算，得出北斗定位移動站的RTK坐標(biāo)。無線通信模塊可以根據(jù)協(xié)議自組網(wǎng)，在新增或移除北斗定位移動站以后，能夠進行網(wǎng)絡(luò)的重組，實現(xiàn)一定區(qū)域內(nèi)的高精度，無盲區(qū)定位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明提出了一種基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位系統(tǒng)，包括:至少三個北斗定位基站、至少一個北斗定位移動站和多個無線通信模塊；各北斗定位基站均分別與一個無線通信模塊連接通信，北斗定位移動站均分別與一個無線通信模塊連接通信，多個無線通信模塊之間以自組網(wǎng)通信連接；北斗定位基站用于接收北斗衛(wèi)星的北斗衛(wèi)星定位信息后生成基站定位數(shù)據(jù)，通過與其相連的無線通信模塊分時發(fā)送至自組網(wǎng)內(nèi)的其他無線通信模塊；北斗定位移動站用于接收北斗衛(wèi)星的北斗衛(wèi)星定位信息后生成移動站定位數(shù)據(jù)，并通過與其相連的無線通信模塊接收基站定位數(shù)據(jù)，北斗定位移動站根據(jù)基站定位數(shù)據(jù)和移動站定位數(shù)據(jù)實時解算虛擬基站的虛擬基站定位數(shù)據(jù)，其中包括虛擬基站載波相位觀測值，北斗定位移動站再根據(jù)移動站定位數(shù)據(jù)和虛擬基站載波相位觀測值在本地實時解算得到高精度的北斗定位RTK坐標(biāo)。
[0014]本發(fā)明所述的基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位系統(tǒng)中，所述北斗定位基站和所述北斗定位移動站分別配置有通信修復(fù)功能；當(dāng)自組網(wǎng)內(nèi)的其他無線通信模塊損壞或關(guān)閉時，所述北斗定位基站和所述北斗定位移動站分別控制所述無線通信模塊自動恢復(fù)自組網(wǎng)。
[0015]本發(fā)明還提出了一種基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位方法，利用所述RTK北斗定位系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0016]步驟一:北斗定位基站接收北斗衛(wèi)星的北斗衛(wèi)星定位信息后生成基站定位數(shù)據(jù)；
[0017]步驟二:多個北斗定位移動站接收北斗衛(wèi)星的北斗衛(wèi)星定位信息后分別生成各移動站的移動站定位數(shù)據(jù)；
[0018]步驟三:無線通信模塊進行自組網(wǎng)；無線通信模塊以自組網(wǎng)方式將基站定位數(shù)據(jù)傳輸給北斗定位移動站；
[0019]步驟四:北斗定位移動站根據(jù)基站定位數(shù)據(jù)和移動站定位數(shù)據(jù)判斷其與北斗定位基站的距離，選取近距離的北斗定位基站相應(yīng)的基站定位數(shù)據(jù)進行實時解算，得到虛擬基站的虛擬基站定位數(shù)據(jù)，其中包括虛擬基站載波相位觀測值；
[0020]步驟五:北斗定位移動站根據(jù)移動站定位數(shù)據(jù)和虛擬基站載波相位觀測值進行實時解算，得到高精度的北斗RTK坐標(biāo)。
[0021]本發(fā)明所述的基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位方法中，基站定位數(shù)據(jù)設(shè)置有跳轉(zhuǎn)閾值，用于限制無線通信模塊以自組網(wǎng)方式傳輸?shù)拇螖?shù)。
[0022]本發(fā)明所述的基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位方法中，無線通信模塊以點到多點方式組建自組網(wǎng)。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于:
[0024]本發(fā)明中沒有數(shù)據(jù)處理中心，北斗定位移動站只被動接收基站信息，VRS信息在北斗定位移動站本地實時解算，北斗定位移動站不主動發(fā)送自身的定位數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理中心，RTK數(shù)據(jù)不容易被惡意截取篡改，北斗定位移動站位置不會暴露，適用于安全性要求較高的場合，同時，單向通信減少了通信的延時，北斗定位移動站無需訪問數(shù)據(jù)處理中心的服務(wù)器，不容易造成通信的中斷或阻塞。本發(fā)明中所使用的自組網(wǎng)通信模塊的通信覆蓋范圍可通過轉(zhuǎn)發(fā)的方式擴大，通信覆蓋范圍較廣。適用于沒有蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，如山區(qū)，沙漠，森林，海洋等，能夠?qū)崿F(xiàn)無盲區(qū)定位。利用自組網(wǎng)絡(luò)作為RTK北斗定位信息的交互手段，具有通信成本低的優(yōu)點，不需要每年繳付高額的蜂窩移動通信費用。由于北斗定位基站的結(jié)構(gòu)簡單，硬件成本很低，通過自組網(wǎng)絡(luò)就可獲得高精度的RTK北斗定位數(shù)據(jù)，無需支付數(shù)據(jù)處理中心任何費用。不存在蜂窩移動通信中越區(qū)切換時可能造成的數(shù)據(jù)丟失和連接中斷等問題。本發(fā)明利用北斗定位系統(tǒng)擺脫了對于美國GPS系統(tǒng)的依賴。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位方法的流程圖。
[0026]圖2是本發(fā)明基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3是一實施例中基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖4是無線通信模塊建立的自組網(wǎng)通信方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0029]結(jié)合以下具體實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。實施本發(fā)明的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內(nèi)容。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明基于自組網(wǎng)方式的RTK北斗定位方法包括如下步驟:
[0031]步驟一:北斗定位基站10接收北斗衛(wèi)星的北斗衛(wèi)星定位信息后生成基站定位數(shù)據(jù)；
[0032]步驟二:多個北斗定位移動站20接收北斗衛(wèi)星的北斗衛(wèi)星定位信息后生成移動站定位數(shù)據(jù)；
[0033]步驟三:各無線通信模塊30以Point-Multipoint方式進行自組網(wǎng)；無線通信模塊30以自組網(wǎng)方式將基站定位數(shù)據(jù)分時傳輸給北斗定位移動站20 ；
[0034]步驟四:北斗定位移動站20根據(jù)基站定位數(shù)據(jù)和移動站定位數(shù)據(jù)判斷其與北斗定位基站10的距離，選取較近距離的北斗定位基站10相應(yīng)的基站定位數(shù)據(jù)進行實時解算，得到一個與移動站距離最近的虛擬基站的虛擬基站定位數(shù)據(jù)，其中包括虛擬基站載波相位觀測值；
[0035]步驟五:北斗定位移動站20根據(jù)移動站定位數(shù)據(jù)和虛擬基站載波相位觀測值在本地進行實時解算，得到高精度的北斗RTK坐標(biāo)。
[0036]這種RTK北斗定位方法可以在較大范圍內(nèi)達到厘米級的定位精度，同時由于數(shù)據(jù)的存儲和實時解算都在北斗定位移動站20進行，無需單獨設(shè)置數(shù)據(jù)處理中心，也無需建立北斗定位基站10與數(shù)據(jù)處理中心以及移動站和數(shù)據(jù)處理中心之間的通信鏈路，成本較低。由于使用多個無線通信模塊進行自組網(wǎng)式的通信，某個北斗定位基站和某個移動站之間的信息交互可通過多個無線通信模塊30轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)。因此，本發(fā)明定位方法可以解決傳統(tǒng)無線電通信(如無線電臺，蜂窩移動通信)中信號盲區(qū)問題，本方法適用于沒有蜂窩移動通信