CN201716420U - 基于vrs的rtk gps接收*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于VRS的RTK GPS接收***，包括：RTK GPS接收机，用于接收卫星定位信号和VRS差分校正信号，并处理输出经差分校正后的卫星定位数据；主控制器，与所述RTK GPS接收机连接，用于控制所述卫星定位信号、VRS差分校正信号和卫星定位数据的收、发及存储；无线通信模块，与所述主控制器连接，用于与所述主控制器通信。本实用新型通过对RTK GPS接收机采用VRS方式进行差分，提高了***的定位精度，满足了精细农业作业中的精确定位需求，同时使得能够接收虚拟差分信息、同时又具备定位数据处理和存储功能。

Description

基于VRS的RTK GPS接收***

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，特别涉及一种基于VRS的RTK GPS接收***。 

背景技术

在精细农业中，对各种田间数据的采集和变量作业实施依赖于精确的位置信息，而目前全球定位***(Global Positioning System，GPS)技术是进行定位测量的最快速、便捷方式，已经成为实施精细农业的重要条件。 

提高GPS接收机实时定位精度是目前需要研究的课题之一。由于GPS接收机，单机定位精度太低，不能满足精细农业作业的要求，需要采用差分的方式来提高定位精度。目前GPS接收机常采用卫星差分、信标差分或自主差分方式来提高定位精度，然而这三种方式的实际应用均受到一定限制。卫星差分服务是有偿的，需要按使用时间付费，而且这种服务不能覆盖全国范围；信标台只在我国沿海地区才有，使用也受到限制；采用自主差分方式，建立差分参考站是一种没有地区限制的方案，但这种差分参考站的覆盖范围与发送差分信号的数传电台功率成正比关系，而且测量误差随参考站和移动站间的距离增加而增加，难以满足高精度的定位要求。 

在这种情况下，美国Trimble公司所提出的虚拟参考站VRS(Virtual Reference Station，VRS)的概念打破了上述限制。在使用时，参考站数据的***误差被减少或消除，这样不仅意味着用户可以增加移动站和参考站间的距离，也增加了***的可靠性。与常规自主差分不同，在VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任何差分信息，而是将所有的原始数据通过数据通信线发给控制中心。同时， 移动用户在工作前，先通过无线网络(例如GSM网络、GPRS网络、CDMA网络等)向控制中心发送一个概略坐标，控制中心收到这个位置信息后，根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定参考站，根据这些站发来的信息，整体地修正GPS的轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发给移动站。这种差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个虚拟的参考站，保证了用户的定位精度，同时用户也可免去购买及架设GPS参考站的费用。 

目前，对于移动用户，Trimble公司所推出的高精度的GPS接收机已经具备接收虚拟差分信息的功能，如5700等型号的产品，但这类产品的价格普遍较高；价格较低的GPS接收机，又不具备接收这种以无线通信方式发送的差分信息的能力，使得VRS的应用受到了很大的限制，同时也限制了GPS接收机的广泛应用。在此情况下，就需要设计、开发一种成本低、具有接收虚拟差分信息、同时又具备定位数据处理和存储功能的GPS接收***。 

实用新型内容

(一)要解决的技术问题 

本实用新型要解决的技术问题是：如何提高GPS接收***的定位精度并使***能够接收虚拟差分信息、同时又具备定位数据处理和存储功能。 

(二)技术方案 

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种基于VRS的RTK GPS接收***，包括： 

RTK GPS接收机，用于接收卫星定位信号和VRS差分校正信号，并处理输出经差分校正后的卫星定位数据； 

主控制器，与所述RTK GPS接收机连接，用于控制所述卫星定位信号、VRS差分校正信号和卫星定位数据的收、发及存储； 

无线通信模块，与所述主控制器连接，用于与所述主控制器通信。 

其中，RTK GPS接收机包括：GPS OEMV-3板、与所述GPS OEMV-3板连接的第一工作状态指示灯、搜星状态指示灯以及第一内置电池。 

其中，所述主控制器为LPC2366芯片、所述无线通信模块为CDMA OEM板。 

其中，所述GPS OEMV-3板与LPC2366芯片通过串口连接，所述CDMA OEM板与LPC2366芯片通过串口连接。 

其中，所述***还包括与所述LPC2366芯片连接的存储器、第二工作状态指示灯以及第二内置电池。 

其中，所述***还包括与所述LPC2366芯片连接的第一按钮，用于控制所述第二内置电池的开关；第二按钮，用于选择所述差分校正信号的类型；以及第三按钮，用于选择所述差分校正信号的格式。 

(三)有益效果 

本实用新型通过对RTK GPS接收机采用VRS方式进行差分，提高了***的定位精度，满足了精细农业作业中的精确定位需求，同时使得能够接收虚拟差分信息、同时又具备定位数据处理和存储功能。 

附图说明

图1是本实用新型实施例的***结构图； 

图2是本实用新型实施例的***中的RTK GPS接收机的结构示意图； 

图3是本实用新型实施例的***中的控制与通信模块的结构示意图； 

图4是本实用新型实施例的***的工作流程图； 

图5是本实用新型实施例的***以NTRIP协议在主控制器与CDMA无线通信模块之间进行通信的实现过程流程图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步 详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。 

图1为本实用新型实施例提供的基于VRS的RTK(Real Time Kinematic，实时动态)GPS接收***，包括： 

RTK GPS接收机，用于接收卫星定位信号和VRS差分校正信号，并处理输出经差分校正后的卫星定位数据； 

主控制器，与所述RTK GPS接收机连接，用于控制所述卫星定位信号、VRS差分校正信号和卫星定位数据的收、发及存储； 

无线通信模块，与所述主控制器连接，用于与所述主控制器通信。 

其中，RTK GPS接收机的结构示意图如图2所示，包括：GPS OEMV-3板10，用于接收卫星定位信号；第一内置电池11，用于提供RTK-GPS接收机工作所需的电能；工作指示灯12，用于指示GPS OEMV-3板当前的工作状态；搜星指示灯13，用于指示当前RTK GPS接收机搜索GPS卫星的状况；串口1～串口3，用于数据的输入输出。RTK-GPS接收机工作正常时，工作指示灯(LED1)12闪烁，频率为1Hz；当搜索跟踪到GPS卫星并可以得到有效的GPS位置时，搜星指示灯(LED2)13灯常亮；三个串口中，其中一个用于输入差分校正信号，一个用于输出校正后的定位数据。 

为了降低定位***的成本，本实施例采用GPS OEM板开发RTK GPS接收机，定位精度为厘米级，数据输出频率不低于5Hz。 

图3为本实用新型实施例提供的控制与通信模块的结构示意图；如图3所示，包括主控制器21，用于控制数据收发和存储，例如LPC2366芯片；CDMA无线通信模块20，用于与VRS控制中心通信；指示灯(LED3)25，用于指示CDMA模块的工作状态；存储器26，用于存储定位数据；串口5，用于差分数据输出和校正后的定位数据输入，与图2中的串口1相连；第二内置电池28，用于提供控制与通信模块工作所需的电能；UIM卡29，用于识别用户身份；电源按 钮24；及功能按钮22和23，用于选择差分数据。功能按钮22用于选择接收RTD(Real time Differential，实时差分)或RTK差分数据，当选择RTK差分数据时，功能按钮23用于选择差分数据的格式，包括CMR格式或RTCM2.3格式。当CDMA无线通信模块20与VRS控制中心建立连接时，连接状态指示灯25常亮。输入串口5的校正后的定位语句格式可以为美国国家海洋电子协会(NMEA-The National Marine Electronics Association)制定的GPS 0183协议中的GPS固定数据输出语句：$GPGGA语句。主控制器21与CDMA无线通信模块20通过串口4连接，以查询方式发送数据，以中断方式接收数据。 

为了降低定位***的成本，本实施例采用CDMA OEM板开发通信模块，由Anydata公司生产，型号为DTGS-800，与主控制器集成在一起，结构简单、便于操作。 

以下详细说明采用本实用新型的技术方案实现对GPS接收机实现VRS差分定位的全过程。图4为本实用新型实施例提供的基于VRS的RTK-GPS接收***的工作流程图。如图4所示，该***的工作步骤具体包括： 

步骤30、***初始化； 

具体地，***上电以后，初始化主控制器21与CDMA无线通信模块连接的串口4，包括设置波特率为38400bps，设置工作模式为MODEM模式等；该串口中断使能位置1，开中断； 

步骤31、差分数据格式选择； 

具体地，功能选择按钮22用于选择不同精度的差分数据。当对定位精度要求不高时，可选择RTD差分方式，此时差分数据格式为国际海运事业无线电技术委员会(Radio Technical Commission for Maritime services，RTCM)制定的RTCM2.1格式；若选择RTK差分方式，当功能选择按钮23用于选择差分数据的格式，差分数据格式 可选择RTCM2.3或CMR。RTCM协议由国际海运事业无线技术委员会于1983年11月为全球推广应用差分GPS业务设立的SC-104专门委员会制定，应用较广泛；CMR协议由美国Trimble公司1993年率先提出，主要是为了尽量减少差分数据的传输数量、降低通信带宽；因RTCM发送的均是原始观测值，而CMR发送的是压缩后的数据流，它的电文码发送率只有RTCM的一半，但只有部分接收机支持此协议。 

步骤32、CDMA无线通信； 

具体地，包括实现CDMA无线通信模块拨号上网连接VRS控制中心，实时接收由GPS接收机发来的NMEA-GGA语句，下载差分信息并根据需要随时中断与VRS控制中心的连接三部分。 

由于CDMA无线通信模块在数据传输中采用硬件握手协议，因此主控制器21需开启串口4的MODEM功能与该模块进行数据交换。为了保证响应的实时性，串口4以查询方式发送数据，以中断方式接收数据。串口5用于定位信息接收与差分信息的发送，以查询方式发送数据，以中断方式接收数据。 

CDMA无线通信模块接收AT指令(AT即Attention，AT指令是一个由Hayes公司首先推出的调制解调命令语言***，现在已经成为一个标准并被所有调制解调器制造商采用)。具体地，AT指令是一个由Hayes公司首先推出的调制解调命令语言***，现在已经成为一个标准并被所有调制解调器制造商采用。主控制器21通过串口4向CDMA无线通信模块发送AT命令，用于主控制器21进行语音、短信、数据通信。 

以下介绍主控制器21与CDMA无线通信模块之间进行通信时所使用的NTRIP(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol，RTCM数据互联网络传输协议)协议。NTRIP协议是由国际海事无线电委员会制定的、通过Internet传输GNSS(Global Navigation Satellite  System，全球导航卫星***)数据流或差分信息的应用层协议，在全球范围内是公开的、通用的。此协议基于HTTP1.1协议，即将该协议有关对象嵌入到GPS数据流中并进行传输。NTRIP协议用于通过Internet播发GPS差分改正数或其它GPS数据信息至静态或动态用户。此协议允许PC机、笔记本电脑、PDA或接收机同时与VRS控制中心建立连接。NTRIP协议还支持基于动态IP网络(GSM/GPRS/CDMA)的无线Internet连接。NTRIP协议由3个***软件组成：NtirpClinets、NtripServers和NtripCasters。其中，NtripCaster是真正的HTTP服务器软件，而另外两个则是HTTP客户端。 

如图5所示，以NTRIP协议在主控制器21与CDMA无线通信模块之间进行通信的实现过程如下：包括步骤321，与VRS控制中心的NtripCaster建立TCP/IP链接；步骤322，以HTTP/1.1的格式声明要求接入的数据流节点；步骤323，上传客户端软件名称及版本；步骤324，发送经BASE64码编码后的用户ID及密码；步骤325，若用户请求的数据流节点存在，NtripCaster将返回确认标识；步骤326，以NMEA格式的$GPGGA语句发送用户概略位置信息；步骤327，NtripCaster向用户发送差分改正信息数据流。其中，步骤321由CDMA无线通信模块完成，步骤322至326所需数据包含在用户发送给VRS控制中心的NTRIP头文件中，步骤327为VRS控制中心将差分校正信息发送给用户，该步骤通过CDMA无线通信模块完成。 

为了对以上AT命令和NTRIP头文件的返回信息进行识别，并通过这些返回信息决定程序的流程走向，在程序中定义了几个标志位，具体是，ATRDY_FLAG标志位：CDMA无线通信模块20启动后会通过串口4发送字符串AT_READY，当主控制器21收到此字符串后，将该位置位；CAD_FLAG标志位：网络注册成功标志，当返回信息为+CAD：1时，将该位置位；CONNECT_FLAG标志位：建立TCP/IP 连接标志，当返回信息为CONNECT时，将该位置位；DISCNCT_FLAG标志位：建立连接不成功或连接断开标志，当在拨号中产生DISCONNECT返回信息时，将该位置位，若连接是人为或意外中断时，该位不置位；VRS_DATA_ON标志位：NTRIP请求获取数据流节点有效标志，当发送NTRIP头文件后返回信息ICY 200OK后，将该位置位；RTCMON_FLAG标志位：NTRIP请求产生的返回信息发送完毕标志，当接收到发送NTRIP头文件后返回信息的最后以句，即以Date：开头的语句时，将该位置位；GGARCV_FLAG标志位：GGA语句上传标志，当串口5接收到GGA语句时，将该位置位。 

串口4中断服务程序：串口4中断服务程序主要用于对CDMA无线通信模块发送的返回信息或差分数据进行识别，并更改相应的标志位状态，从而为其它中断程序或子程序提供分支指令执行的判断依据。 

释放连接子程序：程序采用查询法确定是否按下电源按钮24，当被按下时，等待按键释放后将DTR置为高电平，并延时200ms，等待CDMA无线通信模块20将DCD信号变高。当DCD信号变高时，再将DTR置为低电平，并延时5s等待TCP/IP连接的释放(TCP/IP连接释放时间大约在2-3s)。TCP/IP连接释放后，关闭连接状态指示灯并清除所有标志位，退出子程序。 

步骤33、串行数据输入输出； 

串口5中断服务程序主要用于接收由GPS OEMV-3板10发来的NMEA-GGA语句，并通过串口4将接收到的差分信息转发至GPSOEMV-3板10。具体地，接收由中断产生的数据，并清除中断；如果收到一个整长度字符串时进行判断，若未接收完整则退出中断。如果接收到的完整字符串以$GPGGA开头，则将该字符串通过串口4发送出去，并将GGARCV_FLAG标志位置位；若不是以$GPGGA开 头，则丢弃字符串并退出中断。 

步骤34、数据存储； 

GPS数据的采集需要的存储容量较大，若采用RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)或EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)，会受到寻址空间、功耗和体积等因素的限制，而且成本很高。因此，本实施例中的存储器26使用U盘来存储GPS数据。U盘容量大，读写速度快，可与多种电脑操作***平台兼容，结实耐用，可多次读写。 

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。 

Claims (6)

1.一种基于VRS的RTK GPS接收***，其特征在于，包括：

RTK GPS接收机，用于接收卫星定位信号和VRS差分校正信号，并处理输出经差分校正后的卫星定位数据；

主控制器，与所述RTK GPS接收机连接，用于控制所述卫星定位信号、VRS差分校正信号和卫星定位数据的收、发及存储；

无线通信模块，与所述主控制器连接，用于与所述主控制器通信。

2.如权利要求1所述的基于VRS的RTK GPS接收***，其特征在于，RTK GPS接收机包括：GPS OEMV-3板、与所述GPS OEMV-3板连接的第一工作状态指示灯、搜星状态指示灯以及第一内置电池。

3.如权利要求1所述的基于VRS的RTK GPS接收***，其特征在于，所述主控制器为LPC2366芯片、所述无线通信模块为CDMA OEM板。

4.如权利要求3所述的基于VRS的RTK GPS接收***，其特征在于，所述GPS OEMV-3板与LPC2366芯片通过串口连接，所述CDMA OEM板与LPC2366芯片通过串口连接。

5.如权利要求3所述的基于VRS的RTK GPS接收***，其特征在于，所述***还包括与所述LPC2366芯片连接的存储器、第二工作状态指示灯以及第二内置电池。

6.如权利要求3所述的基于VRS的RTK GPS接收***，其特征在于，所述***还包括与所述LPC2366芯片连接的第一按钮，用于控制所述第二内置电池的开关；第二按钮，用于选择所述差分校正信号的类型；以及第三按钮，用于选择所述差分校正信号的格式。

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