专利名称：基于vrs的rtk gps接收系统的制作方法
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接收系统。
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， 而目前全球定位系统(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，参考站数据的系统误差被减少或消除， 这样不仅意味着用户可以增加移动站和参考站间的距离，也增加了系统的可靠性。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接收系统。

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接收系统的定位精度并使系统能 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[0009]为了达到上述目的，本实用新型提供了一种基于VRS的RTK GPS接收系统，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 0EMV-3板、与所述GPS 0EMV-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 0EMV-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，所述系统还包括与所述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，所述系统还包括与所述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，提高了系统的定位精 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。

图1是本实用新型实施例的系统结构图；图2是本实用新型实施例的系统中的RTK GPS接收机的结构示意图；图3是本实用新型实施例的系统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系统的工作流程图；图5是本实用新型实施例的系统以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
以下结合附图和实施例，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接收系统，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。[0030]其中，RTK GPS接收机的结构示意图如图2所示，包括GPS 0EMV-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 0EMV-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(LEDl) 12闪烁，频率为IHz ；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。为了降低定位系统的成本，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$GPGGA语句。主控制器21与CDMA无 线通信模块20通过串口 4连接，以查询方式发送数据，以中断方式接收数据。为了降低定位系统的成本，本实施例采用CDMA OEM板开发通信模块，由Anydata 公司生产，型号为DTGS-800，与主控制器集成在一起，结构简单、便于操作。以下详细说明采用本实用新型的技术方案实现对GPS接收机实现VRS差分定位的 全过程。图4为本实用新型实施例提供的基于VRS的RTK-GPS接收系统的工作流程图。如 图4所示，该系统的工作步骤具体包括步骤30、系统初始化；具体地，系统上电以后，初始化主控制器21与CDMA无线通信模块连接的串口 4， 包括设置波特率为38400bps，设置工作模式为MODEM模式等；该串口中断使能位置1，开中 断；步骤31、差分数据格式选择；具体地，功能选择按钮22用于选择不同精度的差分数据。当对定位精度要求不 高时，可选择RTD差分方式，此时差分数据格式为国际海运事业无线电技术委员会(Radio Technical Commission for Maritime services, RTCM)制定的 RTCM2. 1 格式；若选择 RTK 差分方式，当功能选择按钮23用于选择差分数据的格式，差分数据格式可选择RTCM2. 3或 CMR。RTCM协议由国际海运事业无线技术委员会于1983年11月为全球推广应用差分GPS 业务设立的SC-104专门委员会制定，应用较广泛；CMR协议由美国Trimble公司1993年率 先提出，主要是为了尽量减少差分数据的传输数量、降低通信带宽；因RTCM发送的均是原 始观测值，而CMR发送的是压缩后的数据流，它的电文码发送率只有RTCM的一半，但只有部分接收机支持此协议。步骤32、CDMA无线通信；具体地，包括实现CDMA无线通信模块拨号上网连接VRS控制中心，实时接收由GPS 接收机发来的NMEA-GGA语句，下载差分信息并根据需要随时中断与VRS控制中心的连接三 部分。由于CDMA无线通信模块在数据传输中采用硬件握手协议，因此主控制器21需开 启串口 4的MODEM功能与该模块进行数据交换。为了保证响应的实时性，串口 4以查询方 式发送数据，以中断方式接收数据。串口 5用于定位信息接收与差分信息的发送，以查询方 式发送数据，以中断方式接收数据。CDMA无线通信模块接收AT指令(AT即Attention，AT指令是一个由Hayes公司 首先推出的调制解调命令语言系统，现在已经成为一个标准并被所有调制解调器制造商采 用)。具体地，AT指令是一个由Hayes公司首先推出的调制解调命令语言系统，现在已经成 为一个标准并被所有调制解调器制造商采用。主控制器21通过串口 4向CDMA无线通信模 块发送AT命令，用于主控制器21进行语音、短信、数据通信。以下介绍主控制器21与CDMA无线通信模块之间进行通信时所使用的 NTRIP(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol，RTCM数据互联网络传输协 议)协议。NTRIP协议是由国际海事无线电委员会制定的、通过Internet传输GNSS (Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)数据流或差分信息的应用层协议，在 全球范围内是公开的、通用的。此协议基于HTTP1. 1协议，即将该协议有关对象嵌入到GPS 数据流中并进行传输。NTRIP协议用于通过Internet播发GPS差分改正数或其它GPS数 据信息至静态或动态用户。此协议允许PC机、笔记本电脑、PDA或接收机同时与VRS控制 中心建立连接。NTRIP协议还支持基于动态IP网络(GSM/GPRS/CDMA)的无线Internet连 接。NTRIP 协议由 3 个系统软件组成NtirpClinets、NtripServers 和 NtripCasters0 其 中，NtripCaster是真正的HTTP服务器软件，而另外两个则是HTTP客户端。如图5所示，以NTRIP协议在主控制器21与CDMA无线通信模块之间进行通信的实 现过程如下包括步骤321，与VRS控制中心的NtripCaster建立TCP/IP链接；步骤322，以 HTTP/1. 1的格式声明要求接入的数据流节点；步骤323，上传客户端软件名称及版本；步骤 324，发送经BASE64码编码后的用户ID及密码；步骤325，若用户请求的数据流节点存在， NtripCaster将返回确认标识；步骤326，以NMEA格式的$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；C0NNECT_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_0N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 2000K后，将 该位置位；RTCM0N_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D⑶信号变高。 当D⑶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 0EMV-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GPS0EMV-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(ElectricalIy 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 作系统平台兼容，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。
权利要求一种基于VRS的RTK GPS接收系统，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RTKGPS接收系统，其特征在于，RTK GPS接收机包 括GPS 0EMV-3板、与所述GPS 0EMV-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RTKGPS接收系统，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RTKGPS接收系统，其特征在于，所述GPS 0EMV-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RTKGPS接收系统，其特征在于，所述系统还包括与 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RTKGPS接收系统，其特征在于，所述系统还包括与 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。
专利摘要本实用新型公开了一种基于VRS的RTK GPS接收系统，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，提高了系统的定位精度，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。
文档编号G01S19/13GK201716420SQ20102025196
公开日2011年1月19日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者刘刚, 张漫, 曹旻罡, 马文强 申请人:中国农业大学