多参考站GPS网络差分信息服务系统设计与实现

摘要

网络差分技术是集成现代网络通讯、计算机管理、软件开发和GPS定位技术于一身的新兴GPS定位应用技术，能够使移动站用户稳定、快速地获得高质量定位数据。我国中东部发达地区虽已建成若干连续运行参考站网络差分系统，但均采用国外商用系统。目前，国内对其研究尚处于初级阶段，突破网络差分核心技术，开发具有自主产权的多参考站GPS网络差分信息服务系统，对于加速我国数字化社会建设、提升卫星导航定位领域的核心竞争力具有重大意义。 本文设计并实现了网络差分系统的神经中枢——多参考站GPS网络差分信息服务系统，研究内容如下： 构建了多参考站GPS网络差分信息服务系统的总体结构。根据系统实际网络传输需求设计了数据通讯链路，采用虚拟专用网(VPN)方式实现系统和参考站的数据通讯，采用GPRS/Internet方式实现系统和移动站的数据通讯；设计了系统和多个参考站、移动站的Ntrip网络应用框架。 研究了网络差分改正信息的生成方法。多参考站GPS网络差分信息服务系统中，网络差分改正信息的生成是系统的主要任务。系统采用VRS技术，虚拟参考站观测数据是网络差分改正信息的数据源。本文介绍了虚拟参考站观测数据的计算方法，分析了RTCM差分改正信息的电文内容与编解码算法，研究了厘米级RTK实时差分改正电文的生成方法，并编码生成了RTCM RTK差分电文。测试表明：生成的电文传输给移动站可稳定实现RTK定位，验证了电文编码及数据项算法的可靠性。 设计并实现了多参考站GPS网络差分信息服务系统软件。使用面向对象建模语言UML的用例图、活动图和类图表现需求分析和软件设计，采用支持面向对象的C++语言完成软件编码，使用单元测试、集成测试和系统测试的方法进行软件测试。软件运行于系统服务器，负责连接并验证各个参考站，接收各参考站上传的GPS观测数据，进行数据融合；验证接入系统的移动站用户，根据其上传的自身坐标为其产生虚拟参考站RTCM差分改正信息，实时通过GPRS网络播发给移动站用户，实现高精度网络差分。同时该软件还具有以下功能：管理系统参考站和移动站用户；对各参考站接收机的相关参数进行设置；监测各参考站卫星天空视图及网络传输状况；监测接入移动站用户的位置和定位状态；存储移动站用户的定位信息记录。系统测试表明：多参考站GPS网络差分信息服务系统验证并实时监控各参考站和移动站用户；移动站用户遵循Ntrip协议接入系统，接收系统发送的虚拟参考站RTCM差分改正信息，网络RTK定位精度达到厘米级，满足了网络差分系统的技术要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1网络差分技术及其应用

1.2.2 GPS差分协议

1.3研究内容

第二章 网络差分系统组成结构

2.1网络差分技术原理

2.2网络差分系统结构

2.2.1参考站

2.2.2移动站

2.2.3数据处理与控制中心

2.3本章小结

第三章 多参考站GPS网络差分信息服务系统设计

3.1系统结构设计

3.1.1总体设计

3.1.2数据传输链路设计

3.2基于Ntrip协议的网络应用

3.2.1 Ntrip协议分析

3.2.2 Ntrip协议在系统中的应用

3.3本章小结

第四章 GPS网络差分改正信息生成方法研究

4.1虚拟观测值计算方法介绍

4.1.1虚拟伪距观测值计算

4.1.2虚拟载波相位观测值计算

4.2 RTCM差分协议分析及电文编解码算法

4.2.1 RTCM差分协议解析

4.2.2奇偶校验算法

4.2.3 电文编码

4.2.4电文解码

4.3 RTCM载波相位差分电文生成方法研究

4.3.1载波相位差分电文剖析

4.3.2 RTCM18电文算法研究

4.3.3载波相位差分电文编码可靠性实验

4.4本章小结

第五章 多参考站GPS网络差分信息服务系统软件设计与实现

5.1软件需求分析

5.2软件设计

5.2.1总体结构设计

5.2.2详细类设计

5.3软件关键技术实现

5.3.1多线程技术应用

5.3.2异步网络通讯

5.3.3 GPS电文解析

5.3.4图形显示技术

5.4软件界面

5.5软件测试

5.5.1单元测试

5.5.2集成测试

5.5.3系统测试

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1研究总结

6.2研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果