一種基于arm的嵌入式gnss精密單點(diǎn)定位設(shè)備及運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高精度位置服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，具有涉及一種基于ARM的嵌入式GNSS精密單點(diǎn)定位設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著衛(wèi)星定位系統(tǒng)的完善和發(fā)展，對定位和監(jiān)測目標(biāo)的精度和可靠性要求越來越高。在通常的精度定位和導(dǎo)航計算中，一般采用相對定位，通過差分方法消除或削弱各種誤差影響。若測站之間距離較短，影響定位精度的對流層延遲、電離層延遲、衛(wèi)星軌道燈誤差對測站的影響大致相同，差分方法可以削弱這些影響，提高定位精度；若測站之間距離較大，該方法效果不明顯，且很多重要信息無法得到，如對流層延遲、電離層延遲、鐘差等信息。在相對定位中，至少需架設(shè)一個基站，對于大范圍作業(yè)，為了提高精度，還要增加參考站個數(shù)，這無疑增加了工程成本，因此，在這背景下產(chǎn)生了精密單點(diǎn)定位技術(shù)。
[0003]精密單點(diǎn)定位技術(shù)(Precise Point Posit1ning，簡稱PPP)利用全球若干地面跟蹤站的觀測數(shù)據(jù)計算出精密衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差，對單臺接收機(jī)所采集的相位和偽距觀測值進(jìn)行定位解算。該項(xiàng)技術(shù)擺脫了依據(jù)差分模式才能獲得高精度位置信息的現(xiàn)狀，擺脫了地面基準(zhǔn)站相對定位帶來的區(qū)域限制。PPP將高精度定位應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到遼闊的海洋、浩瀚的沙漠和廣袤的南北極，具有廣闊的應(yīng)用前景，因此，研發(fā)高精度精密單點(diǎn)定位設(shè)備具有重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于ARM的嵌入式全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigat1n Satellite System，簡稱GNSS)精密單點(diǎn)定位設(shè)備，可實(shí)時跟蹤BDS-B1/B2、GPS-L1/L2/L5、GL0NASS-L1/L2三系統(tǒng)七頻點(diǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并利用3G網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)RTCM通過互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議(Networked Transport of RTCM viaInternet Protocol，簡稱NRTIP)獲取國際GNSS服務(wù)(Internat1nal GNSS Service，簡稱IGS)網(wǎng)站的精密改正數(shù)據(jù)，通過無電離層組合，采用卡爾曼濾波方式得到高精度定位信息。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種基于ARM的嵌入式GNSS精密單點(diǎn)定位設(shè)備，包括ARM9主控模塊，所述ARM9主控模塊分別連接有衛(wèi)星定位模塊、顯示模塊、存儲模塊、3G通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊和SDRAM模塊；所述衛(wèi)星定位模塊連接有GNSS天線；
[0007]所述GNSS天線用于接收衛(wèi)星信號，將電磁波信號轉(zhuǎn)化為高頻電流信號傳送給所述衛(wèi)星定位模塊，通過調(diào)制、解調(diào)得到衛(wèi)星觀測信息和導(dǎo)航電文，將衛(wèi)星信息傳送給所述ARM9主控模塊進(jìn)行統(tǒng)一管理；
[0008]所述顯示模塊用于顯示所述衛(wèi)星定位模塊實(shí)時的衛(wèi)星觀測信息，并提供獲取IGS網(wǎng)站的精密改正數(shù)據(jù)的外部接口；
[0009]所述存儲模塊用于存儲設(shè)備運(yùn)行所需的u-boot、內(nèi)核和文件系統(tǒng)，以及進(jìn)行誤差模型改正時所需的文件信息；
[0010]所述3G通信模塊用于實(shí)時獲取IGS網(wǎng)站的精密軌道和精密鐘差改正數(shù)據(jù)，并與所述衛(wèi)星定位模塊的衛(wèi)星觀測信息和導(dǎo)航電文融合，通過誤差改正模型得到高精度軌道和鐘差值;
[0011]所述以太網(wǎng)通信模塊用于和本地PC機(jī)進(jìn)行文件傳送；
[0012]所述SDRAM模塊用于設(shè)備系統(tǒng)和設(shè)備系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件的運(yùn)行，及中間變量的存儲；
[0013]還包括直流電源模塊，為整個設(shè)備系統(tǒng)提供直流電壓。
[0014]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述ARM主控模塊采用以ARM9為內(nèi)核的S3C2440芯片，主頻為400MHZ。ARM9處理器采用哈佛結(jié)構(gòu)，5級流水線工作模式，功能強(qiáng)大，功耗極低，具有很強(qiáng)的實(shí)時處理能力。
[0015]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述衛(wèi)星定位模塊采用BD970板卡。該板卡可提供BDS/GPS/GLONASS三系統(tǒng)七頻點(diǎn)觀測信息和導(dǎo)航電文，具有高可靠的載波跟蹤技術(shù)，大大提高了載波精度，為用戶提供高質(zhì)量的原始觀測數(shù)據(jù)，而且重量輕，功耗低，是一款非常優(yōu)越的衛(wèi)星定位t旲塊。
[0016]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述3G通信模塊采用MC2716模塊。該模塊支持語音，短信和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等功能，應(yīng)用比較成熟，性價比高。
[0017]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述以太網(wǎng)通信模塊包括DM9000EP網(wǎng)卡芯片，所述DM9000EP網(wǎng)卡芯片與HX1102NL芯片連接，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變壓，所述HX1102NL芯片與RJ45接頭連接；所述DM9000EP網(wǎng)卡芯片通過以太網(wǎng)接口與所述ARM9主控模塊連接。
[0018]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述SDRAM模塊采用兩個32M*16bit的HY57V561620芯片采用并接方式連接組成，通過SDRAM控制接口與所述ARM 9主控模塊連接；所述存儲模塊采用K9K8G08芯片，通過NAND FLASH控制接口與所述ARM主控模塊連接。
[0019]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，所述直流電源模塊采用TPS5430芯片，將12V/1A的輸入電源轉(zhuǎn)化成3.3V/1A和5V/1A兩種直流電源，其中，3.3V/1A電源為衛(wèi)星定位模塊、顯示模塊、3G通信模塊及以太網(wǎng)通信模塊提供電源，5V/1A電源為ARM9主控模塊提供電源。TPS5430芯片帶負(fù)載能力強(qiáng)，效率高，最大可支持3A電流輸出，同時轉(zhuǎn)換電路中外圍器件較少，為系統(tǒng)開發(fā)帶來極大便利。
[0020]一種基于ARM的嵌入式GNSS精密單點(diǎn)定位設(shè)備的運(yùn)行方法，包括以下步驟:
[0021]I)實(shí)時獲取IGS網(wǎng)站的精密改正數(shù)據(jù)；
[0022]2)將所述精密改正數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時解析，得到精密軌道改正和精密鐘差改正，并與所述衛(wèi)星定位模塊的衛(wèi)星觀測信息進(jìn)行融合，通過改正模型得到精密軌道和精密鐘差；
[0023]3)利用無電離層組合方式消除電離層誤差影響，并利用誤差模型消除誤差包括對流層、地球自轉(zhuǎn)、相對論效應(yīng)、天線及海洋潮等；最后通過參數(shù)估計的方法得到單歷元解算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)精度定位。
[0024]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，步驟I)中，所述精密改正數(shù)據(jù)通過NRTIP協(xié)議獲得，根據(jù)NTRIP CASTSER地址、端口、掛載點(diǎn)、用戶名和密碼從IGS網(wǎng)站實(shí)時獲取。
[0025]進(jìn)一步的，在本發(fā)明中，步驟3)中，所述的參數(shù)估計的方法采用卡爾曼濾波方式。
[0026]有益效果:本發(fā)明提供的基于ARM的嵌入式精密單點(diǎn)定位設(shè)備采用32位ARM微處理器，性能高效，功耗極低，為設(shè)備提供強(qiáng)大的接口模塊和擴(kuò)展資源，在保證良好的人機(jī)交互的同時，其突出的性能也可保證精度單點(diǎn)定位的實(shí)時性和有效性。本發(fā)明實(shí)時接收IGS網(wǎng)站精密改正數(shù)據(jù)對衛(wèi)星軌道和鐘差進(jìn)行修正，大大提高軌道和鐘差的精度。利用無電離層組合方式，并通過誤差模型改正消除了大部分誤差，能實(shí)現(xiàn)單設(shè)備分米級定位精度，方便用戶外業(yè)測量，改變傳統(tǒng)高精度定位依賴基準(zhǔn)站的模式，有效減少工程成本，大大提高社會經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明基于ARM的嵌入式精密單點(diǎn)定位設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2為本發(fā)明基于ARM的嵌入式精密單點(diǎn)定位設(shè)備軟件結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖3為本發(fā)明顯示與控制觸摸屏工作流程圖；
[0030]圖4為本發(fā)明基于NTRIP協(xié)議獲取精度改正數(shù)據(jù)工作流程圖；
[0031]圖5為本發(fā)明精密單點(diǎn)定位算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0033]如圖1所示為一種基于ARM的嵌入式GNSS精密單點(diǎn)定位設(shè)備，包括ARM9主控模士夬，ARM9主控模塊分別連接有衛(wèi)星定位模塊、顯示模塊、存儲模塊、3G通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊和SDRAM模塊；衛(wèi)星定位模塊連接有GNSS天線；
[0034]GNSS天線用于接收衛(wèi)星信號，將電磁波信號轉(zhuǎn)化為高頻電流信號傳送給衛(wèi)星定位