鄒 盛，馮世光，潘國富

(廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，廣東廣州511400)

一、引 言

增強系統(tǒng)可以提高全球?qū)Ш较到y(tǒng)的導(dǎo)航定位性能，能滿足高精度的應(yīng)用。自北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式提供服務(wù)以來，地基增強系統(tǒng)的建設(shè)在我國陸續(xù)展開。而實現(xiàn)地基增強系統(tǒng)的主流算法為虛擬參考站(VRS)技術(shù)。

中海達(dá)CORS經(jīng)過多年的實際項目錘煉，形成了北斗地基增強系統(tǒng)平臺建設(shè)的完整解決方案，系統(tǒng)的主要特點有:①國產(chǎn)自主品牌北斗接收機(jī)(支持B3信號/數(shù)據(jù)流加密);②具有自主知識產(chǎn)權(quán)的ZNetVRS解算軟件;③支持大型CORS系統(tǒng)建設(shè)(支持分布式運行);④支持在線坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng);⑤參數(shù)加密、似大地水準(zhǔn)精化成果運用;⑥可限制用戶作業(yè)區(qū)域;⑦及時短信報警機(jī)制。

中海達(dá)北斗地基增強系統(tǒng)方案可為每個基站配置智能插座，如圖1(a)所示。當(dāng)接收機(jī)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)或其他異常情況時，管理員可通過發(fā)送短信將接收機(jī)斷電再重啟。軟件則監(jiān)控基站數(shù)據(jù)流，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷3 min的情況時，軟件會通過短信貓發(fā)送報警信息給管理員，以提醒管理員檢查維護(hù)系統(tǒng)，短信貓如圖1(b)所示。

二、ZNetVRS解算軟件架構(gòu)

ZNetVRS解算軟件設(shè)計為一個多用戶、可擴(kuò)展的空間位置信息服務(wù)平臺，能分別為DGPS用戶和RTK用戶提供實時分米級和厘米級定位服務(wù)，能為用戶實時提供厘米級大地高程數(shù)據(jù)服務(wù)(在加入精化大地水準(zhǔn)面數(shù)據(jù)庫前提下，也能為后處理用戶提供毫米級定位服務(wù))。

圖1

使用該軟件，用戶可以穩(wěn)定地接入多個站點的三星數(shù)據(jù)，并進(jìn)行測站和站網(wǎng)的監(jiān)控，可以解算測站所構(gòu)成的基線并能生成VRS數(shù)據(jù)。用戶可配置數(shù)據(jù)播發(fā)的格式，包括 CMR、RTCM 2.3、RTCM3.1、RTCM3.2及國內(nèi)北斗差分格式。軟件可以根據(jù)當(dāng)前基站數(shù)據(jù)給出當(dāng)前區(qū)域的電離層活躍指數(shù)I95，指導(dǎo)外業(yè)工作。軟件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 ZNetVRS軟件總體結(jié)構(gòu)

三、ZNetVRS解算軟件的項目應(yīng)用

ZNetVRS軟件已在多個北斗地基增強系統(tǒng)中得到應(yīng)用。本文以由中海達(dá)公司承建的云南保山市新建北斗地基增強系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹軟件的應(yīng)用。

保山市地基增強系統(tǒng)方案設(shè)計為11個基站的CORS網(wǎng)，包括新建9個中海達(dá)的VNet6(天寶主板的三星接收機(jī))基站及2個原有國家站(一個是天寶三星接收機(jī)，一個是天寶雙星接收機(jī))。

1.支持各類型基站解算

ZNetVRS解算軟件可以對不同品牌不同類型的CORS基站進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，并實現(xiàn)構(gòu)網(wǎng)。兼容的國外廠商主板有 Trimble、Novatel、TOPCON、Leica、CSI等，國內(nèi)廠商主板有和芯星通、和協(xié)航電等，并支持RTCM3.0及RTCM3.2格式的數(shù)據(jù)接入。針對目前大部分升級型CORS項目而言，可以將舊基站數(shù)據(jù)接入到ZNetVRS軟件，軟件可以以舊基站和新的北斗基站分別組網(wǎng)解算，既實現(xiàn)了對原有設(shè)備的利用，又達(dá)到了系統(tǒng)升級的效果。

管理員根據(jù)接收機(jī)選擇相對應(yīng)的主板類型項進(jìn)行基站定義，即可達(dá)到不同類型接收機(jī)成功組合為一個子網(wǎng)提供服務(wù)的效果。在保山項目中所有基站都選擇為VNet-T(天寶主板)類型進(jìn)行基站解算。對于中海達(dá)自主品牌接收機(jī)，可以對基站數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。當(dāng)基站數(shù)據(jù)加密后需要將數(shù)據(jù)流加密勾選框勾選，軟件會自動進(jìn)行數(shù)據(jù)解密并解算。

2.支持北斗B3信號的解析

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具備短報文通信、差分服務(wù)和完好性服務(wù)特色，在 L、S頻段發(fā)播導(dǎo)航信號，L頻段B1、B2和B3三個頻點上發(fā)射開放和授權(quán)服務(wù)信號。

ZNetVRS解算軟件可以解算包括GPS的L1、L2，GLONASS 的 L1、L2，以及 BDS 的 B1、B2 和 B3頻段的數(shù)據(jù)。全方位的頻段數(shù)據(jù)解算可以大大提高基線的固定準(zhǔn)確率和精度，使系統(tǒng)可用性達(dá)到95%以上。軟件包括了對基站星空圖的展示模塊，可以實時顯示基站接收到衛(wèi)星的星空圖。

3.用戶管理

ZNetVRS解算軟件可以同時支持超過1000個測量或?qū)Ш接脩舻慕尤?。軟件管理員可以根據(jù)用戶移動站的性能和使用權(quán)限為其分配賬號。賬號信息包括用戶名、密碼、用戶到期時間、用戶可用金額等。測量人員根據(jù)管理員提供的賬戶信息進(jìn)行登錄獲取差分?jǐn)?shù)據(jù)，以達(dá)到高精度的定位數(shù)據(jù)實施測量工作。管理員還可以隨時進(jìn)行用戶充值、修改密碼及查看所有在線用戶信息等操作。

4.基站組網(wǎng)及RTK精度測試分析

保山市北斗地基增強系統(tǒng)新建9個基站，并接入2個國家(板橋和施甸)站聯(lián)合組網(wǎng)，其中板橋站為天寶三星主機(jī)，施甸站為天寶雙星主機(jī)，整個系統(tǒng)組成11個站的中型CORS網(wǎng)。

該網(wǎng)中最長的基線64 km，最短基線長33 km。

為了檢測軟件算法的精度及偽距差分的定位服務(wù)的穩(wěn)定性，對保山CORS系統(tǒng)測試采取實測方式進(jìn)行如下試驗:①在CORS網(wǎng)作用范圍內(nèi)選擇8個CGCS2000控制點(固東 M006、福祿地 M025、潞江M034、柯街 M043、施甸 M045、昌寧 M047、黃草壩M051、勐糯M054)，8個點分布在網(wǎng)內(nèi)的不同區(qū)域;②在每個已知點用中海達(dá)V30靜止開機(jī)后接收RTCM30和RTCM32差分?jǐn)?shù)據(jù)分別定位，按1 s的采樣頻率連續(xù)記錄定位結(jié)果;③事后統(tǒng)計精度計算。

本文對8個已知點進(jìn)行了基于RTCM30和RTCM32定位的精度對比測試，采集數(shù)據(jù)時間分別為24 h。對采集數(shù)據(jù)的解狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計，達(dá)到固定解的時間率超過全天95%，對精度統(tǒng)計結(jié)果見表1、表2。

表1 RTCM30定位中誤差統(tǒng)計 m

表2 RTCM32定位中誤差統(tǒng)計 m

從對比測試結(jié)果可以看出:

1)CORS網(wǎng)服務(wù)范圍內(nèi)各個地方精度差異小，移動站工作不受與基站距離的影響。

2)采用 RTCM32(GPS+GLONASS+BDS)的RTK比RTCM30(GPS+GLONASS)定位精度要更高，高程方向有明顯提升，滿足常規(guī)測量精度要求。

3)本文系統(tǒng)能夠連續(xù)進(jìn)行RTK差分定位服務(wù)，滿足不同時間段測量要求。

四、結(jié)束語

本文系統(tǒng)在多個北斗地基增強系統(tǒng)中實踐多年，可以無縫接入各類基站接收機(jī)，支持GPS、BDS、GLONASS全星座全頻段長基線解算，支持國際通用的兼容北斗的差分電文標(biāo)準(zhǔn)(RTCM3.2)，兼容所有國內(nèi)外品牌接收機(jī)的終端接入。測試表明，中海達(dá)ZNetVRS解算軟件應(yīng)用于北斗地基增強系統(tǒng)的技術(shù)方案正確可行，且相對于只提供RTCM30的CORS系統(tǒng)，移動站的時間可用性和測量精度都更高。