一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置及其工作方法
2023-06-22 17:15:31
專利名稱：一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置及其工作方法
技術領域：
本發明涉及一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置及其工作方法，尤其涉及GNSS RTK實時差分定位和航跡計算處理技術，屬於測量方法技術領域。
背景技術：
GNSS RTK技術是目前世界上精度最高的衛星導航定位方式，人們越來越傾向於使用GNSS RTK技術進行導航定位測量作業。隨著海洋經濟的跨越式發展，僅能用於陸地及近海的GNSS RTK技術已無法滿足海洋作業的需求。在遠海海域進行定位測量作業時，也迫切需要使用GNSS RTK差分定位技術，傳統的GNSS RTK技術將基準站建立在位置固定的陸地，受流動站與基準站的工作距離限制，流動站無法遠離海岸進行作業。數據處理技術的發展和GNSS接收模塊測速的高精確性，使得通過規律移動的船載GNSS基準站來實現遠海GNSS RTK測量有效可行。
發明內容
針對現有技術的缺陷，本發明提供一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置及其工作方法。一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置，包括船載GNSS基準站、數據鏈路單元、RTK流動站三個部分；還包括一個數據處理單元，GNSS基準站通過兩路RS232串口與數據處理單元連接，數據處理單元通過兩路RS232串口與數據鏈路單元連接，數據鏈路單元連接通過一路RS232串口與RTK流動站相連接；數據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基準站中，增加了狀態解算部分，與GNSS接收模塊通過RS232串口連接。航跡判斷處理部分採用SAMSUNG公司的S3C44B0X處理器，差分信息解算部分採用 TI公司的TMS320C6713晶片；S3C44B0X處理器和TMS320C6713晶片通過GPIO模擬RS232 協議連接。—種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置的工作方法如下1)船載GNSS基準站的GNSS接收模塊將獲得的測距信息、載波信息和導航電文信息，分別送至狀態解算部分和數據處理單元的差分信息解算部分；2)船載GNSS基準站靜止時，船載GNSS基準站的態解算部分根據步驟1)中GNSS 接收模塊接收到的測距信息和導航電文信息，解算出船載GNSS基準站在WGS-84坐標系下的位置；20分鐘後，船載GNSS基準站的狀態解算部分解算出的船載GNSS基準站平均位置趨於穩定，將此位置Ptl(Xt), y。，z0)作為船載GNSS基準站此時的準確位置，並送至數據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據鏈路單元接收RTK流動站發送的WGS-84坐標系下的目標作業區域中心位置P1U1, Y1, Z1), mm P1U1, Y1, Z1)與船載GNss基準站所在位置Pq(Xq，yQ，Z0)之間的距離，若I FF] I >3km，則轉至步驟4)；否則繼續步驟3)，船載GNSS基準站保持靜止，數據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基準站準確位置Ptl (xo，y。，z0)，並利用步驟1)中從GNSS接收模塊獲得的測距信息、載波信息和導航電文信息在差分信息解算部分進行載波相位差分運算，得到差分改正數並通過數據鏈路單元傳送給RTK流動站；當RTK流動站目標作業區域改變時，RTK流動站將新的目標作業區域中心位置P1 (X1, Y1, Z1)通過數據鏈路單元發送給船載GNSS基準站，重複步驟3)；4)若IF瓦1>3km，則船載GNSS基準站沿Fl以航速V= (vx, vy, vz)勻速行駛， 數據處理單元的航跡判斷處理部分根據船載GNSS基準站行駛起點Ptl ( ，y0,、)、航速V = (vx，vy, O和行駛時間t =、計算出船載GNSS基準站當前準確位置P (x，y，ζ) = (x0+vxt, %+^^，2(|+\0，並將？0^，7，2)送至數據處理單元的差分信息解算部分，與步驟1)中GNSS 接收模塊實時接收的測距信息、載波信息和導航電文信息進行載波相位差分運算，得到差分改正數並通過數據鏈路單元傳送給RTK流動站；其中，ti為船載GNSS基準站規律運動後第i次接收測距信息、載波信息和導航電文信息的時刻，且船載GNSS基準站規律運動起始時刻為t0 = O ；5)數據處理單元的航跡判斷處理部分根據、時刻船載GNSS基準站觀測速度 7=(f::/r:，t)和預定速度^ (Vx, Vy，Vz)，計算、< <、時間內的船載GNSS基準
站航偏誤差量I Γ ν ■ Qdtl，若累計航偏.P I: 〒:《dr|>5m，則轉至步驟
2)；否則，繼續步驟5)，判斷是否滿足I PP]I >3km，若滿足，則轉至步驟4)；否則，船載GNSS 基準站停止行駛，令 P。(χ。，y0, z0) = P (x, y, ζ) = (x0+vxt, y0+vyt, z0+vzt)並轉至步驟 3)。本發明的優點和積極效果是1、本發明利用數據處理技術和載波相位差分技術，通過數據處理單元計算船載 GNSS基準站的移動規律，並處理船載GNSS基準站起始位置、預定航速和觀測速度，完成航偏誤差的計算、判決，提供了一種基準站規律移動的實時差分高精度測量裝置及其工作方法。2、本發明一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置及其工作方法克服了傳統RTK技術基準站與流動站的距離限制，突破近海範圍，使GNSS RTK實時差分測量技術應用於遠海，迎合市場需求，具有良好的市場前景。
圖1是本發明一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置的結構框圖；圖2是本發明一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置各個模塊間的連接框圖；圖3是本發明一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置的工作方法流程圖。其中，101、船載GNSS基準站，102、數據處理單元，103、數據鏈路單元，104、RTK流動站，201、GNSS接收模塊，202、狀態解算部分，203、航跡判斷處理部分，204、差分信息解算部分，205、數據接口，206、VHF收發模塊，207、VHF收發模塊。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明做進一步詳述，本實施例是說明性的，而不是限定性的，不能根據以下實施例來限定本發明的保護範圍。實施例一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置，包括船載GNSS基準站、數據鏈路單元、RTK流動站三個部分；還包括一個數據處理單元，GNSS基準站通過兩路RS232串口與數據處理單元連接，數據處理單元通過兩路RS232串口與數據鏈路單元連接，數據鏈路單元連接通過一路RS232串口與RTK流動站相連接；數據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基準站中，增加了狀態解算部分，與GNSS接收模塊通過RS232串口連接。航跡判斷處理部分採用SAMSUNG公司的S3C44B0X處理器，差分信息解算部分採用 TI公司的TMS320C6713晶片；S3C44B0X處理器和TMS320C6713晶片通過GPIO模擬RS232 協議連接。一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置的工作方法如下1)船載GNSS基準站的GNSS接收模塊將獲得的測距信息、載波信息和導航電文信息，分別送至狀態解算部分和數據處理單元的差分信息解算部分；2)船載GNSS基準站靜止時，船載GNSS基準站的態解算部分根據步驟1)中GNSS 接收模塊接收到的測距信息和導航電文信息，解算出船載GNSS基準站在WGS-84坐標系下的位置；20分鐘後，船載GNSS基準站的狀態解算部分解算出的船載GNSS基準站平均位置趨於穩定，將此位置Ptl(Xt), y。，z0)作為船載GNSS基準站此時的準確位置，並送至數據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據鏈路單元接收RTK流動站發送的WGS-84坐標系下的目標作業區域中心位置P1U1, Y1, Z1), mm P1U1, Y1, Z1)與船載GNss基準站所在位置 P0 (Xo，y。，Z0)之間的距離，若FF'I I >3km，則轉至步驟4)；否則繼續步驟3)，船載GNSS基準站保持靜止，數據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基準站準確位置Ptl ( ，y0, z0)，並利用步驟1)中從GNSS接收模塊獲得的測距信息、載波信息和導航電文信息在差分信息解算部分進行載波相位差分運算，得到差分改正數並通過數據鏈路單元傳送給RTK流動站；當RTK流動站目標作業區域改變時，RTK流動站將新的目標作業區域中心位置P1 (X1, Y1, Z1)通過數據鏈路單元發送給船載GNSS基準站，重複步驟3)；4)若IF^ >3km，則船載GNSS基準站沿PH1 丨以航速V= (vx, vy, vz)勻速行駛， 數據處理單元的航跡判斷處理部分根據船載GNSS基準站行駛起點Ptl ( ，y0,、)、航速V = (vx，vy, O和行駛時間t =、計算出船載GNSS基準站當前準確位置P (x，y，ζ) = (x0+vxt, %+^^，2(|+\0，並將？0^，7，2)送至數據處理單元的差分信息解算部分，與步驟1)中GNSS 接收模塊實時接收的測距信息、載波信息和導航電文信息進行載波相位差分運算，得到差分改正數並通過數據鏈路單元傳送給RTK流動站；其中，ti為船載GNSS基準站規律運動後第i次接收測距信息、載波信息和導航電文信息的時刻，且船載GNSS基準站規律運動起始時刻為t0 = 0 ；5)數據處理單元的航跡判斷處理部分根據、時刻船載GNSS基準站觀測速度
權利要求
1.一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置，包括船載GNSS基準站、數據鏈路單元、RTK流動站三個部分；其特徵在於，還包括一個數據處理單元，GNSS基準站通過兩路 RS232串口與數據處理單元連接，數據處理單元通過兩路RS232串口與數據鏈路單元連接， 數據鏈路單元連接通過一路RS232串口與RTK流動站相連接；數據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基準站中，增加了狀態解算部分，與GNSS接收模塊通過RS232串口連接。
2.根據權利1所述的一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置，其特徵在於，所述的航跡判斷處理部分採用SAMSUNG公司的S3C44B0X處理器，差分信息解算部分採用TI 公司的TMS320C6713晶片；S3C44B0X處理器和TMS320C6713晶片通過GPIO模擬RS232協議連接。
3.一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置的工作方法，其特徵在於，工作方法如下1)船載GNSS基準站的GNSS接收模塊將獲得的測距信息、載波信息和導航電文信息，分別送至狀態解算部分和數據處理單元的差分信息解算部分；2)船載GNSS基準站靜止時，船載GNSS基準站的態解算部分根據步驟1)中GNSS接收模塊接收到的測距信息和導航電文信息，解算出船載GNSS基準站在WGS-84坐標系下的位置；20分鐘後，船載GNSS基準站的狀態解算部分解算出的船載GNSS基準站平均位置趨於穩定，將此位置Ptl ( ，y0, z0)作為船載GNSS基準站此時的準確位置，並送至數據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據鏈路單元接收RTK流動站發送的WGS-84坐標系下的目標作業區域中心位置P1 (X15YijZ1)，並計算P1 (xi; Y1, Z1)與船載GNSS基準站所在位置Ptl (x0, y0, z0)之間的距離，若I P- Γ I >3km，則轉至步驟4)；否則繼續步驟3)，船載GNSS基準站保持靜止，數據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基準站準確位置Ptl(Xt), y。，、)，並利用步驟1)中從GNSS接收模塊獲得的測距信息、載波信息和導航電文信息在差分信息解算部分進行載波相位差分運算，得到差分改正數並通過數據鏈路單元傳送給RTK流動站；當RTK流動站目標作業區域改變時，RTK流動站將新的目標作業區域中心位置P1 (X1, Y1, Z1)通過數據鏈路單元發送給船載GNSS基準站，重複步驟3)；4)若IP. P. I >3km，則船載GNSS基準站沿P. P:以航速V= (vx, vy, vz)勻速行駛，數據處理單元的航跡判斷處理部分根據船載GNSS基準站行駛起點Ptl (x0, y0, z0)、航速vx，vy, vz) 和行駛時間t =、計算出船載GNSS基準站當前準確位置P(x，y，ζ) = (x0+vxt, y0+vyt, 、+\0，並將？0^，7，2)送至數據處理單元的差分信息解算部分，與步驟1)中GNSS接收模塊實時接收的測距信息、載波信息和導航電文信息進行載波相位差分運算，得到差分改正數並通過數據鏈路單元傳送給RTK流動站；其中，ti為船載GNSS基準站規律運動後第i次接收測距信息、載波信息和導航電文信息的時刻，且船載GNSS基準站規律運動起始時刻為 t0 = 0 ；5)數據處理單元的航跡判斷處理部分根據、時刻船載GNSS基準站觀測速度ν:，vV;『《)和預定速度V= (vx, Vy, Vz)，計算V1CtSti時間內的船載GNSS基準站航偏誤差量I 1/ v; — Odt I，若累計航偏I XGi r—hd:|>5m，則轉至步驟2)；否則，繼續步驟5)，判斷是否滿足I厲I >3km，若滿足，則轉至步驟4)；否則，船載GNSS基準站停止行駛，令 P。(X。，y。，z0) = P (χ, y, ζ) = (x0+vxt, y0+vyt, z0+vzt)並轉至步驟 3)。
全文摘要
一種規律移動的船載基準站實時差分測量裝置及其工作方法，屬於測量方法技術領域。該方法在船載GNSS基準站靜態情況下進行長時間定位得到其準確起始位置，並根據船載GNSS基準站和RTK流動站目標作業區域位置關係確定船載GNSS基準站移動規律，同時處理基準站觀測速度、預定速度和行駛時間，對基準站航跡誤差進行計算、判決，並調整船載GNSS基準站行駛狀態；在船載GNSS基準站航速和航線起點位置確定情況下，可獲取船載GNSS基準站準確實時位置，並與船載GNSS基準站的GNSS測距信息、載波信息、導航電文信息進行載波相位差分運算以得到差分改正數，並通過數據鏈路單元發送給RTK流動站，完成規律移動的船載基準站實時差分測量。
文檔編號G01S19/39GK102243314SQ20111009395
公開日2011年11月16日 申請日期2011年4月14日 優先權日2011年4月14日
發明者孫娟, 朱衍波, 李媛媛, 沙俊臣, 邢建平, 馬振良 申請人:山東大學