GNSS区域增强差分信息处理分发模块申报材料.doc

编号：_2015年桂林电子科技大学第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛校内重点项目立项申报材料项目名称： GNSS区域增强差分信息处理分发模块申报学院： 信息与通信学院项目申报成员： 李海裴、金星宇、黎明哲、黄宏章、 刘海龙、覃泓铭、宋文亮 二一四年十一月桂林电子科技大学第十四届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛重点项目申报书、申报者认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。、申报者必须填写申报者情况表和作品情况表。、申报者在填写申报作品情况时只须根据作品类别（自然科学类学术论文、社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写。、表内项目一律用钢笔（或签字笔）填写或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。、序号、编码由“创新杯”大学生课外学术作品竞赛审查组填写。、学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文，请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后。、作品申报书须按要求由各参赛者认真填写。、有关参赛事宜请向承办单位咨询。、该申请书打印稿交与组委会，另需向承办单位指定邮箱发送一份电子档。A、申报者情况申 报 者 情 况姓名李海裴性别男出生年月1992.11现学历 A A大学本科 B硕士研究生申报单位桂林电子科技大学专业电子信息工程学号1200220915学制4 年作品全称GNSS区域增强差分信息处理分发模块合 作 者 情 况姓名性别学号电话所在单位备注金星宇男120022091315907726754桂林电子科技大学有无合作者请在此说明：R 有 无黎明哲男120022011513086733170桂林电子科技大学黄宏章男120023021215676246315桂林电子科技大学刘海龙男120022011913086739267桂林电子科技大学覃鸿铭男130022022815507733489桂林电子科技大学宋文亮男130023022615295892205桂林电子科技大学说明：1、必须有申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写个人作品的第一作者（承担申报作品60%以上的工作者）或集体作品填写一文学历最高的代表。2、本部分中的各学院签章视为对申报者情况的确认。B、科技发明制作 申报作品情况作品全称GNSS区域增强差分信息收发处理模块作品分类（在选项上画）RA. 信息技术(包括计算机.电信.通信.电子等)B. 机械与控制(包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等)C.数理(包括数学、物理、地球与空间科学等)D生命科学(包括生物、食品等)E.能源化工(包括能源、材料、生态、环保等)F.外观设计(包括电脑艺术设计、机械CAD等)作品设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标作品目的: GNSS（全球导航卫星系统）已经成为各个领域的基本导航定位方式。同时, 我国北斗二代卫星导航系统（COMPASS）作为国家空间安全和经济发展最重要的基础设施之一，已正式面向中国和周边地区位置服务，其对我国经济、科技和社会发展必将产生巨大深远的影响。北斗系统的应用也必将推进GNSS的大发展。然而，在使用GNSS进行导航定位的应用中，因为各种因素的影响，其精度很难达到我们的需要要求。而差分定位能消除很大一部分误差的影响，能显著提高定位精度，所以其在高精度的定位中扮演了十分重要的角色。基于GNSS的高精度测量在高精度测绘、大气科学与地球科学等基础研究中发挥着重要作用。港口船舶进港，飞机降落，工业制造，矿产勘测，桥梁建筑等行业对高精度定位都有着很强的需求。我国目前在电力、民航，甚至部分军事领域对GNSS系统都有着很强的依赖性。因此，DGNSS系统可广泛应用于上述行业。特别在港口航道测量、航道疏浚、船舶进出港及狭窄水道导航定位、海上交通安全管理、海洋资源调查、海上救助捕捞等行业，DGNSS将会扮演举足轻重的角色。本作品将致力于提高GNSS的定位精度，使其能达到广泛应用于各种实时的高精度定位的场景中。基本思路:采用单基站的伪距差分模式,在这种模式下,基准站起到十分重要的作用。DGNSS的结构如下图1所示图1 DGNSS构成DGNSS基准站的结构图如图2所示图2 DGNSS参考站结构图由图1图2可看出，基准站的主要作用是观测GNSS卫星，通过GNSS卫星提供的测距码和信噪比等信息计算伪距改正数及其变化率等各种信息，将其编码产生差分信号，然后通过数据链发送给DGNSS接收机。DGNSS接收机接收到差分信号后将其解码，然后代入定位方程中进行差分改正，消除或减弱伪距误差，从而提高定位精度。DGNSS接收机结构图如图3所示。图3 DGNSS接收机结构创新点:1)普通的接收机中加入了差分定位，极大的增强了接收机的定位精度，满足绝大多数高精度定位的需要;2)采用UHF数据链，有利于提高系统的可靠性和有效性,克服通信盲区;3)采用灵活可扩展的模块化结构，按应用场景要求，有利于适应各种差分定位环境要求;4)采用伪距差分定位方式,使实时定位精度达到理论的精度0.5米左右。技术关键: 1)误差建模问题。本课题充分考虑GNSS卫星信号在传输过程中的各种误差影响，因此在消除误差的建模问题将是本项目的关键。这些误差模型将会直接影响定位的精度。2) 差分接收模块的问题，为了提高定位的延续及可靠性，本课题在定位解算时将采用混合定位方式。在接收到差分信号的情况下将采用差分定位，而当接收不到差分信号时，接收模块将使用传统的单点定位方式，这两者的选择问题也是本课题的关键技术。3)恶劣环境条件下的终端设备的可靠性问题。极端的高/低温度、电压的波动和冲击和强烈的电磁干扰等因素会严重影响设备的可靠性。同时，还有设备的低功耗和结构紧凑等问题。解决这个问题可以引入EMC设计，提高抗干扰能力，尽量采用低功耗的器件和模块。主要技术指标:1)伪距差分定位精度不低于0.5m;2)支持VHF/UHF通信，可扩展2G/3G移动通信方式和卫星通信等信息。3)灵活实现差分定位和单点定位。作品的科学性先进性(必须说明与现有技术相比.该作品是否有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性说明和参考文献资料)1单基站伪距差分技术，提高定位精度单站DGNSS特别适合于小范围内的差分定位工作，在一些需要进行高精度的工程测量项目中得到了广泛的应用。和广域差分系统相比，广域差分系统由于监测站有限，距离检测站远的位置，差分定位精度会下降，同时广域差分系统服务的范围广，因此很多地方定位精度就得不到保障。所以单基站的伪距局域差分技术在某一区域相对于广域差分技术就有更好的精度和稳定性。2 UHF广播差分信号，覆盖范围广 利用UHF中长波进行广播差分信号，覆盖范围能达到300km，提供足够大的信号覆盖范围，使用户能同时收到多个基站的差分信号，差分电文采用MSK调制，MSK信号占用带宽窄，信号的抗干扰性能要优于2PSK和2FSK。3 算法优越，接收机兼容性好基准站在编码差分电文过程中考虑了卫星钟差，电离层，对流层传播时延，星上设备时延，卫星周跳，星历误差，差分电文传播延迟造成的误差等。设计算法减弱了周跳的影响，并且采用且比雪肤拟合了卫星轨道，有效的消弱了星历误差对卫星轨道的影响。相比一般的基准站，考虑了更多的误差，得到更高的精度。对北斗卫星差分改正数的类型、信号的内容、结构、格式及各站的标识符等做了统一规定，遵循国际RTCMSC-104标准，可以兼容GPS和GLONASS。作品所处阶段RA实验阶段 B 中试阶段 C 生产阶段 D_(自填) 作品所展示的形式R 实物 产品 模型图纸 磁盘现场 演示图片 样品 录像 使用说明及该作品的技术特点和优势,提供该产品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测1、市场及经济效益分析 1）本项目开发符合国家产业政策和发展方向，贴合市场需求导向。据相关统计数据，卫星导航产业在2020年将达到4000亿元的规模。 2）国内对导航定位产品的需求十分盛旺，市场需求及容量居世界第一，市场十分庞大。 3）从经济角度分析，本课题产品基于北斗导航技术，年产量2000台套，单价按较低的3000元计，年新增销售值可达600万元左右。税利余额可达到100万元左右。结合我国存在每年上百亿元人民币的市场空间，进一步拓展的前景良好。 4）按年产2000台套的工业化生产规模预计，投入约需100万元，产出为600万元，投入产出比可达0.167；亦即每投入5元产出可达30元； 5）预计构建形成年产2000台套的生产能力，前期一次性基础建设和装备投入只需200万元以下。该投入基本上通过一年时间的产品生产销售即可收回。2、社会效益分析 1）本项目涉及具有自主知识产权的北斗导航技术的开发应用，这一领域均符合国家产业政策和发展方向，贴合市场需求导向。尤其是我国的北斗导航卫星的组网逐步完善，对基于北斗系统的导航授时、定位产品的开发与需求更是国家产业发展的重点。 2）本项目的应用在推广普及基于北斗系统的导航应用方面可起到良好作用，可促进国家自主知识产品的发展，提高创新型技术的发展与应用，产品可替代进口，具有节能、减排，提高效率的社会和环境效益显著。 3）本项目的成果对高精度的北斗应用起到促进的作用，例如在港口应用方面,可以提高轮船的定位精度,保证轮船的航行安全。 4）国内在导航定位产品存在每年上百亿元人民币的市场空间，市场发展空间大，对于发展广西的北斗导航定位产业具有巨大的推动力。 专利申报情况 提出专利申报申报号_ 申报日期： 年 月 日 已获专利权批准批准号_批准日期： 年 月 日 未提出专利申请说明: 1、必须由申报者本人填写；2、本表可以附有研究报告,并提供图表、曲线、实验数据、原理结构图、外观图(照片),也可以附鉴定证书和应用证书；3、作品分类请按照作品发明或创新点所在类别填表。2015年桂林电子科技大学第十四届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛校内重点项目立项作品说明书目录第1章 概述3 1.1研究背景3 1.2应用现状4 1.3研究意义41.4主要研究内容61.5研究前景61.6研究目的7第2章 方案叙述72.1总体目标72.2设计思路82.3技术方案82.4拟解决的关键技术10 2.5恶劣环境条件下的终端设备的可靠性问题112.6创新点及主要特色11第3章 北斗差分系统初步设计133.1设计方案133.2 基准站数据播发143.3 用户差分改正183.4串口读取183.5 差分信息解码193.6 没有差分的单点定位213.7伪距差分改正21第4章 测试及误差分析22 4.1编码实例23 4.2解码实例24 4.3地图显示26第5章 总结与展望28第1章 概述1.1研究背景 我国北斗二代卫星导航系统（BDS）作为国家空间安全和经济发展最重要的基础设施之一，已正式面向中国和周边地区位置服务，其对我国经济、科技和社会发展必将产生巨大深远的影响。如何利用 BDS为人们生活、经济发展和社会进步服务是我国信息技术革新的重大科技攻关任务。基于卫星导航系统的高精度测量在高精度测绘、大气科学与地球科学等基础研究中发挥着重要作用。港口船舶进港，飞机降落，工业制造，矿产勘测，桥梁建筑等行业对高精度定位都有着很强的需求。我国目前在电力、民航，甚至部分军事领域对GPS系统都有着很强的依赖性。作为我国新一代自主卫星导航系统，北斗区域导航系统的建成将为改变我国对GPS依赖的局面提供可能。为市场弥补北斗高精度定位的空缺，推进我国北斗系统产业化发展。差分定位能够有效的提高定位精度，满足高精度定位的需要。未差分的单点定位之所以定位精度不高是因为存在着三种误差，一部分是对每一个用户接收机所公有的，例如，卫星钟误差，星历误差，电离层误差，对流层误差，地球自转引起的误差，潮汐运动等误差，第二部分是不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差，第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声，通道延迟，多径效应等。差分技术能够极大的减弱甚至消除公共部分的误差，因此能够提高定位精度。差分的原理是在待测地点附近设几个已知精确坐标的基准站，基准站能够计算得到有效范围内的用户和卫星之间的公共误差，同时将其播发出去，用户接收机接收附近基准站播发的公共误差对自己进行修正，得到精确的实际坐标。基准站越近，收到的基准站信号越多，用户接收机得到的坐标越精确。北斗/GNSS地基增强系统可广泛应用于地图测绘、资源勘查、航空导航、车联网、港口航道测量、航道疏浚、船舶进出港及狭窄水道导航定位、海上交通安全管理、海洋资源调查、海上救助捕捞等行业等。差分定位的应用只受限于人们的想象。北斗差分定位在北斗卫星系统中有着广阔的应用前景1.2应用现状目前我国高精度定位市场已被GPS垄断，单一使用GPS进行导航定位的安全性问题已经成为我国国防建设和经济发展的严重隐患之一。发展北斗差分定位技术是打破国外GPS增强领域垄断，赢取市场，也是扩大北斗系统产业化及应用领域发展的必经之路。随着我国北斗战略的实施，北斗卫星系统的应用越来越广泛，普通的单点定位精度已经达到10m ,能够满足一般用户的需求，但在高精度定位方面，北斗差分定位还刚刚起步，目前仍然主要依靠GPS的差分系统，无论在军用还民用行业对我国国家安全都造成了不小的威胁。2020年之前，我国北斗系统将覆盖全球，届时高精度定位的市场将更加广阔，市场前景不可估量，研究北斗/GNSS差分定位技术可以促进作为国家新兴战略产业北斗差分定位的发展，符合国家新兴战略产业规划要求。1.3研究意义 发展北斗差分定位技术将弥补我国高精度定位的技术空缺，打破GPS的市场垄断，随着北斗卫星导航的发展，必将产生巨大的经济利益。高精度定位应用于河道航运、海洋航运、道路运输、航空运输、等运输领域，也可以应用于航海救援、树林防火监测、野外求生定位、自然灾害的救援活动等监测救援领域。在 2008 年的四川汶川地震抗震救灾援助中，我国的“北斗一代”卫星导航系统在援助救灾过程中，发挥了举足轻重的作用，为救灾部队指挥部提供了关键的实时地理信息支援。尽管我国的“北斗卫星导航系统”具有优越的特性，可是我国目前导航终端市场上的定位导航终端 94%都是使用 GPS 卫星导航技术，使用北斗卫星系统导航技术的终端所占市场份额不到 5的比例。导航定位技术的独立自主性关乎一个国家的国民经济建设以及军事建设。如果我国使用单一 GPS定位系统，定位导航技术则会全面依赖外国提供服务，这是具有巨大的不可估计的潜在危机的，特别是在我国的军事通讯以及定位导航领域的应用。这种严重依赖国外导航的状况，一方面受制于人，另一方面可能威胁到国家和社会的安全，存在极大不确定性。本项目做出的北斗/GNSS差分接收机能够兼容GPS接收机，在精度上，通过北斗与 GPS 组合获得的定位精度比采用单北斗系统略优，其优势主要体现在可用性得到较大幅度提升，提升性能约 20.6%。在现有大多数用户都配备GPS设备的情况下，研制出一款兼容GPS的北斗接收机，既能减少用户更新设备的成本，更能进一步提高定位精度。北部湾做为我国西南出海大通道和中国-东盟自由贸易区桥头堡，随着国务院2008年1月4日批准实施的广西北部湾经济区发展规划(2006-2020),北部湾开始了热火朝天的开发场面，特别是广西北部湾国际港务集团所辖的北海，钦州 ，防城港3大港口，中国石油广西石化1000万吨/年炼油工程，防城港武钢千万吨钢铁项目等重大项目的开工建设，海洋测绘在这过程中扮演着重要的角色。北斗/GNSS地基增强系统能为海洋测绘提供高精度的定位服务，确保测绘的准确度，同时海洋航运，船舶进港，航洋搜救，海洋资源勘测等领域也有广阔的应用。1.4主要研究内容本项目研制的岸基增强系统包括三个内容：一是北斗/GNSS岸基增强信息服务平台，二是数据链路模块，三是北斗/GNSS差分接收终端。北斗/GNSS岸基增强信息服务平台包括差分改正信息生成和差分数据播发。在对基准站的数据处理的基础上，通过载波平滑伪距等一系列技术，进行卫星钟差、接收机钟差以及相对论误差等的改正，从而产生差分改正信息，同时对差分改正信息进行行业标准的RTCM编码；数据链路模块把RTCM电文进行MSK调制，通过VHF/UHF频段的无线链路把经调制过的电文播发出去，供周边的差分用户使用。北斗/GNSS差分接收终端接收卫星信号和RTCM电文，在定位解算时，引入解调和解码后的RTCM电文，修正伪距，消除电离层和对流层误差，提高定位的精度。1.5研究前景 在“十二五”规划中，北斗卫星导航被列入战略性新兴产业之一，相关部门针对行业应用发展也制定了卫星导航产业的具体推进措施和目标。包括交通运输部和农业部在内的 8 个部委和 6 个地方政府出台了强制或鼓励发展卫星导航/北斗系统的“十二五”规划细则。譬如农业部渔业局的“十二五”规划细则指出，要为 90%以上渔船配备必要的安全通信、避碰设备，各地政府提供 70%-90%的补贴采购“北斗”接收机，系统平台运营费用由地方各级政府承担。随着北斗导航系统 2012 年进一步组网建设以及系统状态的最终确认，国内卫星导航市场逐步启动，潜力巨大国内卫星导航应用产业将迅速发展，2009 年卫星导航产业产值约 550 亿元，2015 年将达到 1500 亿元，复合增长率将达 24.28%，2020年更将达 3000 至 4000 亿元。本项目开发的设备可以直接应用于港口船舶进港，飞机降落引导，车辆导航，地图测绘，资源勘测，救灾等活动。在港口和机场布设基准站，能使定位的精度能够达到0.5m甚至更高，能够保障港口船舶安全进港，飞机大雾天气安全着落的可能性也提高。北斗/GNSS差分接收机不仅能够提供高精度服务，而且在差分数据失效或者用户距离基准站距离过大的情况下仍然能够提供精度较高的定位服务，这是普通的接收机所不能比的。北斗导航通信设备的船载终端采用北斗和 GPS 双系统导航定位，实现了对多卫星导航系统的兼容及综合利用，并具备低功耗、高灵敏度、高可靠等功能特性，可以更好地服务渔民，为其出海保驾护航。项目设备稍加改进亦可应用于海洋渔业安全生产保障、沿海船舶运输，以及内陆河运等领域。随着北斗导航系统的逐渐投入使用，高精度定位在各个行业的需求增多，北斗/GNSS差分接收机的研制成功必将使得北斗导航系统将迎来一个新的发展。项目的实施将有助于解决北斗高精度定位的技术空缺，推动北斗导航产业化的发展。 1.6研究目的 成功研制北斗/GNSS岸基增强系统设备一套，达到样机产业化要求的各项技术指标，进行小试生产。搭建一个北斗/GNSS岸基增强信息服务平台，构建低速率的VHF/UHF数据链路，使其覆盖范围达到300km；研制北斗/GNSS差分接收机终端，其定位精度优于0.5米.第2章 方案叙述2.1总体目标针对目前我国北斗差分系统的市场空缺，以及高精度定位的用户需要，以我国北斗卫星导航系统为基础，研制出精度高，性能稳定的北斗/GNSS岸基增强系统，系统包括北斗/GNSS岸基增强信息服务平台和北斗差分接收终端。2.2设计思路从基准站得到各颗卫星的星历数据，伪距，多普勒频率，卫星载噪比，方位角，仰角等信息后，经过解算编码后得到伪距改正数，伪距改正数变化率，改正Z计数等差分信息。用MSK调制方式发送，接收端解码后，用于伪距差分修正。主要包括基准站数据播发和用户差分改正 基准站收到多颗北斗卫星信号，基准站接收机通过本地精确坐标，得到接收到的各颗卫星的星历数据，伪距，多普勒频率，卫星载噪比，方位角，仰角等信息后，经过解算编码后得到伪距改正数，伪距改正数变化率，改正Z计数等差分信息，算出带有用户接收机公共误差的差分电文，调制模块经MSK调制发送。差分电文播发采用直接波传输:包括甚高频(VHF)和超高频(UHF)，基准站的天线建立在高塔之上，视距直接通视的方式以25w的功率进行传输，作用距300km。这种设备的天线简单、容易架设，适用于流动作业，可用于海港、河道等测量应用。北斗/GNSS差分定位终端，收到差分电文后，经过解调，解码，在定位部分去掉公共误差部分，提高用户的定位精度。解算出来的用户位置，速度，时间等信息通过串口输出。用户差分电文解码和定位解算软件无线电技术。2.3技术方案2.3.1基准站终端方案图 2 北斗/GNSS岸基增强信息服务平台结构框图参考站 GNSS 接收机是多通道的，每个通道观测不同的卫星并产生改正数。参考站 GNSS 接收机应是全视野的，可观测视野内的全部卫星。参考站 GNSS 接收机对卫星数据的采集速度快于用户 GNSS 接收机。改正数发生器用于计算产生差分电文，再通过数据编制，调制后发送。差分电文采用国际标准RTCM格式，调制采用MSK方式，发送采用直接波传输，包括甚高频(VHF)和超高频(UHF)，作用距离一般可达到300km。2.3.2差分接收机设计方案图3 北斗/GNSS差分定位模块总体框图差分定位模块有两个天线，一个用于接收卫星信号，另一个用于接收基准站发送的差分信号。卫星信号经过传感器频率综合后变换为接近零频信号，数字采样后，在定位模块内部经过逻辑处理芯片处理，即进行卫星信号的捕获和跟踪，循环相关法得到多普勒频移和伪码相移，提供精度较高的伪距，卫星多普勒频移，伪码相移，解调后的导航码等信息，再经过信号处理控制芯片对导航电文进行解析，进而进行定位解算。收到基站发来的差分电文以后，进过解调，传送到信号处理控制芯片进行解码，提取相关数据对用于定位算法改进，提高定位精度。2.4拟解决的关键技术 2.4.1高精度差分改正数生成 用一台已知自身位置精确坐标的高精度接收机作为差分站，差分站输出卫星星历，卫星历书，卫星钟差，解算出基准站和各可见卫星的真实距离R，同时基准站输出各可见卫星的伪距信息P，伪距经过了载波相位伪距平滑处理，提高了伪距的精度，再计算出伪距改正数，基准站同时输出卫星多普勒频移，可以计算出伪距变化率。差分电文包括改正Z计数，数据字数，通过总卫星数得到，卫星ID，比例因子scale，用户距离误差UDRE，伪距改正数PRC，距离变化率改正数 RRC，数据龄期IOD等信息。差分电文经过RTCM编码，MSK调制，再通过无线数传模块播发出去，差分用户再经过解调，解码进行伪距差分改正，提高定位精度。差分电文每15秒播发一次，在差分电文两次播发的间隔内，伪距改正数变化率能够估算出这段时间内的伪距改正数，确保了差分定位连续性和精度。2.4.2差分高精度定位解算算法 没有差分的单点定位误差包括三部分，一部分是对每一个用户接收机所公有的，例如，卫星钟误差，星历误差，电离层误差，对流层误差，地球自转引起的误差，潮汐运动等误差，第二部分是不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差，第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声，通道延迟，多径效应等。不用差分技术，第一部分的误差只能估计，不能完全消除，第二部分的误差也只能消除一部分，第三部分误差则无法消除。差分技术能够消除用户接收机公共误差，例如卫星钟误差，星历误差，电离层误差，对流层误差，地球自转引起的误差，潮汐运动等误差，极大的提高了定位精度。2.4.3多站式岸基增强技术多站式差分技术在局部区域布设若干个基准站，还包含数个监测站。各基准站进行独立观测，分别计算差分改正数并向外发播，位于该局部区域中的用户，采用了最小方差法对来自多个基准站的改正信息(伪距改正数)进行平差计算以求得自己的伪距改正数。每个基准站与用户之间均有无线电数据通信链，而且覆盖范围足够广，系统中的用户能同时收到多个基准站的信号。系统的可靠性和用户的定位精度相对单站定位有了大的提高。2.5恶劣环境条件下的终端设备的可靠性问题。极端的高/低温度、电压的波动和冲击和强烈的电磁干扰等因素会严重影响设备的可靠性。同时，还有设备的低功耗和结构紧凑等问题。解决这个问题可以引入EMC设计，提高抗干扰能力，尽量采用低功耗的器件和模块。2.6创新点及主要特色2.6.1差分改正数精度高，提高用户接收机的定位精度基准站在编码差分电文过程中考虑了卫星钟差，电离层，对流层传播时延，星上设备时延，卫星周跳，星历误差，差分电文传播延迟造成的误差等。设计算法减弱了周跳的影响，伪距进行了载波相位平滑处理，提高了基准站输出伪距信息的精度，利用星历和历书计算卫星位置时，采用切比雪夫拟合了卫星轨道，有效的消弱了星历误差对卫星轨道的影响。相比一般的基准站，考虑了更多的误差，得到更高的伪距改正数精度。各个基准站独立工作，然后汇总各差分站的数据后，利用最小方差法得到一个更加理想的值再通过差分站播发差分电文。2.6.2差分定位改正算法优越，保证户接收机的定位精度 差分信息采用奇偶校验的方式保证接收数据的正确性，差分定位算法会进行一个选择，当差分电文不可用的时，采用非差分的单点定位，定位解算中要减掉卫星钟差，电离层，对流层，地球自转，潮汐运动等带来的伪距误差，而当差分改正数可用的时候，定位算法中要先计算差分伪距改正数PRC(t)，再减掉对流层和电离层误差，其他的误差项都包含在差分改正项中。2.6.3 多站式岸基增强技术，高效可靠采用局域载波相位平滑伪距差分定位技术，在局部区域布设若干个基准站，还包含数个监测站。各基准站进行独立观测，分别计算差分改正数并向外发播，位于该局部区域中的用户，采用了最小方差法对来自多个基准站的改正信息(伪距改正数)进行平差计算以求得自己的伪距改正数。每个基准站与用户之间均有无线电数据通信链，而且覆盖范围足够广，系统中的用户能同时收到多个基准站的信号。系统的可靠性和用户的定位精度相对单站定位有了大的提高。第3章 北斗差分系统初步设计3.1设计方案 图1-1，差分系统总体框图3.2 基准站数据播发3.2.1 RTCM2.3格式DGNSS 差分电文最多可以有64种类型，范围从164。其中，可分为固定、暂定、保留和未定义4种状态，目前共定义了33种。1 通用电文格式在这一系列差分电文中，各电文头格式都是相同的。电文数据帧由数目可变的30bit字码组成。每帧电文由引导字和参数组成，包括2个字的标准电文头，N个字的数据( N的范围从0到31)，总长度为N +2个电文字。每个电文字长度均为30 bit，电文字最后的6 bit 是校验区。每帧电文的前两个字构成了一个标准电文头，包含的信息有前缀、电文类型等建立帧同步所需的信息，以及参考站信息、参考时间和健康状态等信息。第一字码包含8 bit的前缀(01100110)，6 bit 的帧 ID，10bit的参考站ID和6 bit的奇偶校验位;第二字码包含13 bit的改正Z计数，3 bit的顺序号，5 bit的帧长( N +2)，3 bit的参考站健康状态和6 bit的奇偶校验位。与GPS卫星导航电文中的Z计数不同，改正Z计数的比例因子是0.6 s，而不是6 s，其取值范围也仅有1 h，且以GPS或GLONASS时间为参考，而非UTC。不同类型的电文中包含的数据字数(即N值)一般是不同的，同类型的电文数据字数也可能不同，电文帧长度比此数值N大2。如果N = 0，说明电文头字后无内容。电文头格式如图2-1所示。图2-1 RTCM2.3电文头格式我们的设计用到了电文类型1，即差分改正电文，其格式如下图2-2所示图2-2 RTCM2.3电文类型1格式3.2.2基准站数据数据处理基准站就是已知一个固定坐标的GNSS接收机，这个接收机接收到卫星信号后进行解调，得到导航信息。导航信息通过RS232串口输出到上位机，上位机对导航信息进行整理以及计算，最后生成国际通用的RTCM2.3格式的差分导航电文。具体流程图如下图所示。 图2-3如图2-3所示，在上位机上所要完成的主要工作就是对基准站的数据进行处理，计算各颗卫星的位置从而计算站星距，以此计算伪距改正数和其变化率。根据产生的伪距改正数和其变化率进行编码，产生RTCM差分电文，通过RS232串口发送给无线数传模块，无线数传模块对数据进行MSK调制，通过高频或甚高频无线链路广播出去，差分接收机接收到RTCM电文，从而进行解调解码，把伪距改正数及其变化率代入定位方程进行解算，从而消除电离层对流层误差影响，提高定位的精度。3.2.3 串口数据接收处理从基准站输出的信息通过串口传到上位机，上位机接收处理是十分重要的过程。基准站和上位机之间的通信是异步通信，而且数据有时不是连续的，所以在VS2008中，程序接收数据必须是异步的。本设计使用多线程处理方法，一个线程监测上位机的串口，另一个线程进行数据的接收和判断数据是否是所需的数据，还有一个线程进行数据处理。线程间的协作关系如图2-4所示。图2-4 多线程数据处理3.2.4 RTCM编码编码是数据处理的核心部分,由RTCM2.3数据格式可知,如果要进行RTCM编码需要获得的数据信息包括电文类型、改正Z计数、数据字段（卫星个数）、站健康标志、比例因子、差分用户距离误差（UDRE）、卫星ID号、伪距改正数、距离变化率改正数、数据龄期等。由图2-3可以得到以上所需的数据。得到所需数据后就可以进行RTCM编码了。编码流程如下图2-5所示。图2-5 RTCM数据编码流程3.3 用户差分改正 2-6 接收机差分改正 差分数据严格按照国际标准RTCM2.3的数据格式，使用的伪距差分的方式。3.4串口读取 差分数据通过串口读入DSP， 串口硬件如下： 图2-7 串口硬件连接图 RTD232为读数据，TXD232为写数据，COM1口用接收差分信息，COM2口用来发送定位结果，通过上位机软件可以经过差分修正后的结果。3.5 差分信息解码解码程序包括三部分，预处理，读帧头，读取卫星伪距差分信息。 其中预处理是目的是缓足够多用于解码的数据，至少应收到10个字，用于解出帧头，考虑到差分数据的时效性，我们设置了缓存为300，预处理还有初步判断所接收到的数据是否有错的功能(如果超过157或者小于63，则丢弃数据)；读帧头是读取数据字数，电文类型等必要参数，为读卫星伪距差分信息做好准备，还有一个帧同步的功能，因为成功奇偶校验的帧一定是完整的一帧，而帧头标识符又是102或者153，所以我们通过搜索102或者153，然后再进行奇偶校验就能得到帧头，进行准确的帧同步。 2-9 读帧头及差分信息读卫星伪距差分信息是读取出比例因子，用户差分距离误差，卫星ID，伪距改正数，距离变化率改正数，数据龄期3.6 没有差分的单点定位 没有差分的单点定位误差包括三部分，一部分是对每一个用户接收机所公有的，例如，卫星钟误差，星历误差，电离层误差，对流层误差，地球自转引起的误差，潮汐运动等误差，第二部分是不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差，第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声，通道延迟，多