【正文】 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校 通信工程系畢業(yè)設(shè)計(論文)畢業(yè)設(shè)計（論文）專 業(yè) 通信技術(shù) 班 次 姓 名 指導(dǎo)老師 成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 二0一0年 5月20日1成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 通信工程系畢業(yè)設(shè)計論文南方NGK500雙頻RTK技術(shù)原理及應(yīng)用 [摘要]： RTK是英文Real Time Kinematics（實時動態(tài)）快速定位的縮寫，其特點是以載波相位為觀測值的實時動態(tài)差分GPS定位系統(tǒng)，其平面定位精度為177。（1～10）cm級，高程定位精度為177。（10～30）cm級；差分 GPS定位已將衛(wèi)星鐘誤差和星歷誤差消除，并將電離層延遲和對流層延遲誤差消除，定位精度大大提高。載波相位觀測量理論上是GPS信號在接收時刻的瞬時載波相位值。實際上是無法直接測量出任何信號的瞬時相位值。因此這里所說的載波相位觀測量實際上是衛(wèi)星信號與接收機(jī)的本地信號之間的相位差。目 錄第1章 緒論…………………………………………………………………………. 1第2章 差分GPS定位原理 ………………………………...……………………...2 局域差分GPS ……………………………………………………...………….2 廣域差分GPS ……………………………………………………...………….7 第3章 數(shù)據(jù)鏈與數(shù)據(jù)格式 ……………………………………..…………………..10 電臺選擇 …………………………………………………………….……….10 調(diào)制解調(diào)器 ………………………………………………………..…………11 NMEA0183數(shù)據(jù)格式 …………………………………………….………….11 RTCM104數(shù)據(jù)格式 ……………………………………………..…………12第4章 南方NGK500型實時動態(tài)GPS測量系統(tǒng)簡介 ………………..…….. ..15第5章 系統(tǒng)功能概述 ………………………………………...…………………….17 靜態(tài)相對定位模式 …………………………………………………………..17 快速靜態(tài)相對定位模式 ……………………………………………………….17 RTD作業(yè)模式 ……………………………………………................................18 實時動態(tài)作業(yè)模式 …………………………………………………………….18第6章 應(yīng)用實例 …………………………………………...………………..............19 ………………………..……………….19 …………………………………………23總結(jié) …………………………………………………………………….……………….24致謝………………………………………………………………………………………25參考文獻(xiàn) ………………………………………………...……………………………...26 第一章 緒論 一． 引言 GPS(Global Position System)全球定位系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可為航空、航天、陸地、海洋等用戶提供三維導(dǎo)航，定位和定時，GPS是美國國防部在本世紀(jì)80年代推出的，是由其60年代研制的海軍航海衛(wèi)星NNSS具有厘米機(jī)Doppler定位系統(tǒng)發(fā)展起來的。GPS空間星座由24顆星組成，分布在6個等間隔的軌道面上，衛(wèi)星同時發(fā)射兩種信號叫做C/A碼（粗碼）及P碼（精碼），保證在任何地方任何時刻都能夠觀測到4顆至9顆高角度大于10度的GPS衛(wèi)星，這就是說隨時隨地都可以測得對面上或?qū)γ嫔峡盏狞c位的三維坐標(biāo)，從而保障全球、 全天候連續(xù).、實時.、動態(tài)導(dǎo)航.、定位。GPS定位功能多、精度高,可為各類用戶連續(xù)提供動態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維航速和時間信息。目前，單點實時定位精度為+/15~100米，靜態(tài)相對定位為 ，,授時10納秒。同時，GPS實時定位速度快，可在1秒內(nèi)完成，它的抗干擾性能好、保密性強(qiáng)、操作簡單。兩觀測點間不需通視，對于等級大地點節(jié)省了造標(biāo)費用，此項費用可占總測量費用的30%~50%。GPS還可全天候作業(yè)。GPS定位系統(tǒng)由于其定位的高度靈活性和常規(guī)測量無法比擬的高精度，成為測量學(xué)科中革命性的變化。因為測量點位不象經(jīng)典三角測量一樣有等級之分，不存在誤差的積累，測點可以在真正需要的地方進(jìn)行，無需過渡點，點間不需要有造標(biāo)，通視等問題的考慮。而且觀測點位又與重力場發(fā)生關(guān)系，避免了復(fù)雜的歸算。這種可以把平面及高程同時求出，不需要平高分開的布網(wǎng)方式。，GPS衛(wèi)星發(fā)射的是一對相干波，作為載波載有兩類調(diào)制信號，一類為導(dǎo)航信號，另一類為電文信號。導(dǎo)航信號又分為兩種。前者信號編碼1ms重復(fù)一次，用來快速捕捉導(dǎo)航信號，故稱捕捉碼，按設(shè)計僅用于粗略定位，又稱粗碼（C/A碼）；后者七天重復(fù)一次，且各顆衛(wèi)星不同,碼的變化結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，不易捕捉,但能用于精密定位,故稱精碼(P碼)。兩種碼都是人為編制的一組類似躁聲的信號碼，通稱為偽隨機(jī)躁聲碼。電文信號同時以50bit/s的速度調(diào)制，電文內(nèi)容包括衛(wèi)星星歷表、各項改正數(shù)和衛(wèi)星工作狀態(tài)等。地面控制部分是整個系統(tǒng)的中樞。它由一個主控站、若干個跟蹤站和注入站所組成。地面控制的任務(wù)是保證整個系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，包括管理和調(diào)整整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，采集各類觀測數(shù)據(jù)，計算衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星鐘的鐘差和漂移，各項改正數(shù)和定位信息，組成電文注入衛(wèi)星存儲器，以一組原子鐘為基礎(chǔ)建立和維護(hù)一個高精度的時間系統(tǒng)。用戶接收機(jī)部分由主機(jī)、電源和天線組成。主機(jī)的核心為微電腦、石英振蕩器，還有相應(yīng)的輸入輸出設(shè)備和接口。專用軟件控制下主機(jī)進(jìn)行作業(yè)衛(wèi)星選擇、數(shù)據(jù)采集、加工、處理、傳輸和存儲，對整個設(shè)備系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行檢查、報警和非致命故障的排除，承擔(dān)整個接收系統(tǒng)的自動管理。天線通常采用全方位型的以便采集來自各個方位任意非頁字度角的衛(wèi)星信號。由于衛(wèi)星信號較弱，在天線基座中有一個前置放大器，將信號放大后，再由同軸電纜饋入主機(jī)。電源部分為主機(jī)和天線供電，可使用經(jīng)整流，穩(wěn)壓處理的、也可用蓄電池。從GPS的提出到1993年建成，經(jīng)歷了20年，實踐證實，GPS對人類活動影響極大，應(yīng)用價值極高，它從根本上解決了人類在地球上的導(dǎo)航和定位問題，可以滿足不同用戶的需要。特別是用于精密定位的測地型接收機(jī)的出現(xiàn)，給大地測量帶來了革命性的變化，成為GPS應(yīng)用的主要分支。第2章 差分GPS定位原理 根據(jù)觀測瞬間GPS衛(wèi)星在空間的位置以及接收機(jī)所得的至這些衛(wèi)星的距離，并加上大氣傳播延遲各項改正后，即可用距離交會的方法求得該瞬間接受機(jī)的位置。由于全球定位系統(tǒng)在軍事上具有重要的作用因而美國決定采用SA技術(shù)（Selective Availability）和AS技術(shù)（AntiSpoofing）把未經(jīng)美國政府特許的廣大用戶的實時定位精度降低到它所允許的水平：+/100m (2drms),以免美國的利益受到損害。然而對于許多應(yīng)用領(lǐng)域來講（例如飛機(jī)的進(jìn)場和著陸、地面車輛的導(dǎo)航和調(diào)度管理、資源勘探調(diào)查、災(zāi)害救助等），上述精度就顯得過低，無法滿足用戶要求，從而限制了GPS的應(yīng)用范圍。 實時差分GPS是消除美國政府限制性措施所造成的危害和負(fù)面影響，大幅度提高實時定位精度的有效手段。至1993年5月止，在全球已建立了20個向社會各界開放的商業(yè)差分GPS服務(wù)系統(tǒng)。差分GPS技術(shù)的發(fā)展也很迅速。從早期僅僅能提供位置改正數(shù)，偽距改正數(shù)到目前能將各種誤差分離開來向用戶提供衛(wèi)星星歷改正，衛(wèi)星鐘改正以及電離層延遲模型和對流層延遲模型。影響GPS 實時定位精度的因素很多，其中主要有：① 衛(wèi)星星歷誤差，② 電離層延遲，③ 對流層延遲，④ 接收機(jī)鐘和衛(wèi)星鐘的誤差。這些誤差從總體上講都具有較好的空間相關(guān)性，也就是說對于相距不太遠(yuǎn)的各個測站來講上述誤差所產(chǎn)生的影響基本上是相同的。如果我們能在一個位置已精確確定的已知點配備GPS接收機(jī)，并和用戶一起進(jìn)行GPS觀測的話，就有可能求得各個觀測瞬間由于上述各種所造成的影響。如果已知點還能將這些偏差值通過無線電通訊的手段即刻播發(fā)給在附近工作的用戶的話，那么這些用戶的定位精度就能大為改善。這就是差分定位的基本原理。差分實時定位技術(shù)基本上可分為兩種類型，即局域差分GPS和廣域差分GPS。局域差分技術(shù)特點是向用戶提供綜合的差分GPS改正信息—觀測值改正，而不是單個誤差源的改正。它的作用范圍較小，一般為150Km之內(nèi)。廣域差分的技術(shù)特點是將GPS定位中主要的誤差源分別加以計算，并分別向用戶提供這些差分信息，它作用的范圍比較大，往往在1000Km以上。以下分別給與介紹： 局域差分GPS局域差分GPS（Local Area Differential GPS，簡寫為LADGPS）實時定位技術(shù)是由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶站組成。它提高用戶站定位精度的原理是建立在基準(zhǔn)站和用戶站對GPS衛(wèi)星的同步同軌跟蹤基礎(chǔ)上的，由于這個原理，所以對基準(zhǔn)站和用戶站之間的距離間隔的要求和對用戶站定位精度的改善都有較大限制。以下不特別說明都是指局域差分。差分定位基本上可分為兩種計算或工作模式,一種是偽距差分,一種是載波相位差分,對于偽距差分,由于美國實行AS政策,一般接收機(jī)不能收到P碼,因此在L2頻道上已不能直接測到偽距。但目前新型GPS接收機(jī)可以收到由P碼改變的Y碼在兩個頻道之差(Y1Y2)，由此可間接得到L2的偽距而無需破譯P碼。此外考慮到載波相位定位精度高的特點，將載波相位來平滑偽距中的部分誤差，因此在上述兩種差分技術(shù)之外，又產(chǎn)生二者之間的結(jié)合技術(shù)—載波平滑碼的差分方法，下面分別敘述如下：： 對于L1頻道的偽距的數(shù)學(xué)模式為 r=D+BbT+n （11） r：在L1 C/A碼頻道上測得的地面站到GPS衛(wèi)星的偽距，該值已經(jīng) 作對流層、相對論和多路徑改正。 D：地面站至GPS衛(wèi)星間距離的最或是值。 B：地面站GPS接收機(jī)鐘差。 b：衛(wèi)星鐘差。 T：電離層改正。 n：測定偽距的噪聲。 L2頻道上的偽距的數(shù)學(xué)模式： rL2=rL1+rY1Y2 （12） rL1：從L1頻道上測得的偽距。 rY1Y2：用互相關(guān)技術(shù)辨認(rèn)在L1和L2頻道上的(Y1Y2)值，導(dǎo)出相應(yīng)的 偽距。 在系統(tǒng)的主站上，根據(jù)主站已知的高精度地心坐標(biāo)和追蹤GPS衛(wèi)星的廣播星歷，推算的主站至衛(wèi)星的偽距（真）值D,D已經(jīng)顧及主站接收機(jī)鐘差，衛(wèi)星鐘差，對流層和電離層改正，因此偽距改正值可表示為： rc=Dr （13） r：偽距的量測值。這時主站向用戶站提供的偽距差分信息為rc/r和他的變率。用戶站通過數(shù)據(jù)通訊鏈?zhǔn)盏缴鲜霾罘中畔⒑螅M(jìn)行定位計算。用戶站后續(xù)的計算模式類同于GPS單點定位，只是對用戶站測到的偽距，須利用上述差分信息進(jìn)行相應(yīng)改正。偽距差分變率的作用參見以后將提到的差分信息的“訊齡”這一節(jié)?？傊畟尉嗖罘值挠行ё饔镁嚯x實際上取決于主站和用戶站二者誤差的時空相關(guān)程度，在平原和丘陵地區(qū)，這一差分改正信號的有效覆蓋距離一般不大于100—150公里，相對主站的定位精度在510米。：設(shè)在L1和L2頻道上的載波相位差的數(shù)學(xué)模型為Ψ=φλ=D+Bb+TNλ+n （14） φ：表示載波相位測量值中已經(jīng)除去整周值（Nλ）后的分?jǐn)?shù)周值。 Ψ：表示φ對應(yīng)的距離量。 N：載波相位整周數(shù)。 λ：相應(yīng)頻道的波長。利用載波相位差分進(jìn)行實時GPS定位是當(dāng)前研究的熱點。利用偽距進(jìn)行定位相對于載波相位來說精度較差，但后者有一個最大的缺點就是要解決整周模糊度，即N,一般原理是在動態(tài)GPS定位測量開始之前的靜止?fàn)顟B(tài)下，用某種技術(shù)來確定N,即使如此，當(dāng)用戶站在動態(tài)下，往往出現(xiàn)對GPS信號的失鎖，這樣就需要重新確定N,這意味著整個動態(tài)實時載波相位差分GPS工作要重新開始，最近幾年發(fā)展的動態(tài)實時快速確定整周模糊度技術(shù)（OTF）雖然有長足進(jìn)展，但即使如此，在通常情況下，若用戶站周圍沒有很多天