【摘 要】
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载波相位差分定位技术日趋成熟,静态定位精度可达到毫米级,其相关的产品已经应用于形变监测、海洋测绘和精准农业等领域。针对差分设备在实际使用中存在成本过高、初始基站坐标定位时间过长、工作效率低、难以拆卸和维护等问题,本文研制了一种基于微基准站的便捷式实时动态载波相位差分定位(Real-time Kinematic,RTK)系统,具体研究如下:首先简述了全球卫星导航系统(Global Navigatio
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载波相位差分定位技术日趋成熟,静态定位精度可达到毫米级,其相关的产品已经应用于形变监测、海洋测绘和精准农业等领域。针对差分设备在实际使用中存在成本过高、初始基站坐标定位时间过长、工作效率低、难以拆卸和维护等问题,本文研制了一种基于微基准站的便捷式实时动态载波相位差分定位(Real-time Kinematic,RTK)系统,具体研究如下:首先简述了全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的发展和组成,对卫星基本定位原理进行介绍,其中主要包括伪距观测定位和载波相位观测定位,分析了定位中存在的各种定位误差,阐述了采用差分定位技术来消除部分误差提高精度的原理,之后对RTK技术展开研究。接着在系统硬件上,设计了一种以微工控机为核心的基准站结构,其具有高性能、高稳定、操作便捷的特点。自主设计的北斗/GNSS低成本接收机,其基于ARM CortexM7架构的STM32F767处理芯片和UBLOX-M8T卫星信号接收芯片开发,包括核心处理器电路、电源管理电路、SDRAM内存扩展电路和卫星信号接收电路等。设计了CD-Radio广播和无线网桥等多种通信链路,根据不同场景的通信需求来选择适宜的通信链路,降低系统成本。然后以硬件设计为基础实现系统的软件设计,包括基准站软件设计、北斗/GNSS低成本接收机软件设计和手机差分解算设计。微基准站软件设计中添加千寻服务辅助初始基站坐标定位,短时间内得到毫米级基站坐标;在QT环境下开发上位机完成定位数据可视化和相关卫星参数配置等功能。北斗/GNSS接收机软件中设计循环队列算法用于串口通信,提高数据通信成功率;实现RTCM3.2编码,减少数据量降低传输压力。手机差分解算设计能搜索周围蓝牙设备并完成配对连接和数据互传,通过手机蓝牙接收移动站观测数据、微基准站观测数据和基站坐标完成差分解算实现高精度定位。最后在微基准站坐标已知及观测环境良好的情况下,静态定位E方向误差5.9mm,N方向误差7.2mm,U方向误差18mm;实时动态定位下,与商业级接收机解算结果对比,水平精度优于1cm,垂直精度优于2cm,固定率达到96.5%。系统具体呈现为在高精度定位的同时,还能实现整体的低成本、高效性和便捷性设计。
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