[发明专利]一种单频GPS高精度单点定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及GPS定位技术领域，尤其涉及一种单频GPS高精度单点定位系统及方法。

背景技术

卫星定位技术自1993年GPS建成以来，在导航、测量、定时、空间技术等方面得到广泛的应用，并成为继通信、互联网之后的第三个IT新增长点。GPS的定位方式分相对定位和绝对定位两种，后者也称为单点定位。GPS自投入使用以来，其相对定位的定位方式发展得很快，从最先的码相对定位到现在的RTK定位，使GPS的定位精度不断提高。但是，绝对定位即单点定位发展得比较缓慢，传统的GPS 单点定位是利用码伪距观测值以及由广播星历所提供的卫星轨道参数和卫星钟改正数进行的，其优点是，数据采集与处理较为方便、自由和简单，用户在任一时刻只需用一台GPS 接收机就能获得WGS--84坐标系中的三维坐标。但由于伪距观测值的精度一般为数分米至数米，用广播星历所求得的卫星位置的误差可达数米至数十米，卫星钟差的误差为±20 ns 左右，因而GPS单点定位接收机一般只能用于导航及资源调查、勘探等低精度的领域。

随着各国GPS测量应用领域的扩大和活动的增加，对定位精度也提出更高要求：如精密的海洋划界、精密海洋工程测量等，要求能够达到十几或几十厘米的定位精度。而采用伪距差分定位只能提供亚米级的定位精度，如果使用RTK功能，作业范围一般不超过15公里，因此作用距离又不能达到要求。双频单点定位研究已相当成熟，但双频接收机价格昂贵，不宜推广。

发明内容

为克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种单频GPS高精度单点定位系统及方法。采用单台单频GPS接收机，对全球范围内动态目标进行高精度定位、测速。提供高质量的定位位置信息。

本发明所采用的技术方案为：

所述的一种单频GPS高精度单点定位系统，由天线、GPS接收机、无线通讯模块（GPRS）、ARM核心板、母板、电源以及数据接口组成：

天线，用于接收GPS卫星导航系统的信号；

单频GPS接收机，主要完成GPS基带信号处理、GPS信号跟踪和PVT(位置、速度、时间)解算，并向精密单点定位解算模块提供所需的GPS观测数据（卫星星历数据、伪距观测量、载波相位观测量等）、SBAS观测数据（GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改正信息等）；

无线通讯模块（GPRS）主要完成通过无线网络传输的各项修正数据（包括GPS卫星精密星历、GPS钟差修正数据和电离层误差修正数据等）的接收，下载IGS精密星历、钟差、电离层延时等信息，进行电离层延迟误差、卫星钟差改正、卫星轨道误差改正，实现利用IGS网络数据完成精密单点定位处理；

ARM核心板主要完成各数据接口的驱动加载；GPS接收机板卡和无线通讯模块的初始化；接收来自GPS接收机板卡的各项观测数据（GPS卫星星历数据、伪距观测量、载波相位观测量等）、SBAS观测数据（GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改正信息等）；无线通讯模块的各项修正数据；进行自主的精密单点定位算法处理运算；

母板的作用主要是连接GPS接收机、ARM核心板、无线通讯模块；完成各模块供电；完成系统内、外通讯功能；

电源用于向系统供电，数据接口用于完成数据的输入输出工作。

进一步，所述无线通讯模块（GPRS）可通过移动通信、3G无线宽带通信等连接到IGS数据中心，完成数据下载。

进一步，所述IGS数据中心是指国际GPS数据服务组的一个数据分析中心。

进一步，所述SBAS观测数据，是指利用地球静止轨道卫星建立的区域性广域差分增强系统。本方案使用日本的MSAS多功能卫星增强系统。

进一步，所述数据接口包括RS232端口和USB接口。

本发明的另一个目的在于提供一种单频GPS高精度单点定位方法：

所述的方法包括以下步骤：

步骤1：系统启动：主要检查GPS板卡和无线通讯模块的初始化情况，以及完成ARM核心板中的操作系统的启动和各接口驱动的加载；

步骤2：GPS板卡数据通讯：主要完成GPS接收机板卡的GPS观测数据以及SBAS观测数据的提取；GPS接收机板卡的参数设置；

无线通讯模块数据通讯：主要完成无线通讯模块的数据提取、模块的参数设置和向模块写数据；

外围串口2通讯：通过外围串口2完成差分数据的收发；