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相關(guān)專(zhuān)題：
1.南京理工大學(xué) 南京 210009；2.東華理工學(xué)院 撫州 344000
GPS差分測(cè)量是近年來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的一種新型高精度GPS測(cè)量技術(shù)。它采用多臺(tái)單頻或雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)，經(jīng)后臺(tái)差分?jǐn)?shù)據(jù)處理后得出觀測(cè)點(diǎn)間基線向量的高精度解算值。目前在GPS差分測(cè)量中一般是將現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)暫存于存儲(chǔ)介質(zhì)中，測(cè)量作業(yè)完畢再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至PC機(jī)中進(jìn)行解算。部分實(shí)時(shí)系統(tǒng)采用了數(shù)傳電臺(tái)作為數(shù)據(jù)傳輸手段，但存在傳輸距離短、誤碼率較高等缺陷。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
如圖1所示，系統(tǒng)由一個(gè)監(jiān)測(cè)中心和多個(gè)野外監(jiān)測(cè)區(qū)域構(gòu)成。每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)機(jī)箱，內(nèi)含一臺(tái)GPS接收機(jī)、一塊數(shù)據(jù)采集器電路板、一個(gè)GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊以及直流電源等部分；監(jiān)測(cè)中心只包含GSM模塊和用作GPS差分解算的PC機(jī)。系統(tǒng)工作時(shí)將GPS天線安放于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置上，各點(diǎn)的GPS接收機(jī)都按預(yù)先設(shè)定好的時(shí)段參數(shù)同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，原始數(shù)據(jù)暫存于各自采集器的RAM中。觀測(cè)結(jié)束后，各監(jiān)測(cè)區(qū)依次通過(guò)GSM模塊及GSM網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測(cè)中心PC機(jī)，進(jìn)行后臺(tái)差分解算，得出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)間基線向量的長(zhǎng)度及高程差。若把其中一個(gè)或多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置于絕對(duì)固定的參考位置上，則每次解算后均可得到其它監(jiān)測(cè)點(diǎn)較參考點(diǎn)的相對(duì)位移值，包括水平位移和垂直位移。
在兩個(gè)或多個(gè)觀測(cè)站同步觀測(cè)相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差等對(duì)觀測(cè)量的影響具有一定的相關(guān)性，利用這些觀測(cè)量的不同線性組合，如在衛(wèi)星間求差、在接收機(jī)間求差或者在不同歷元間求差等可有效地消除或減弱相關(guān)誤差的影響，提高系統(tǒng)的相對(duì)定位的精度。
2 數(shù)據(jù)采集器
數(shù)據(jù)采集器作用是自動(dòng)收集GPS接收機(jī)和其它傳感器輸出的觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)存儲(chǔ)、壓縮、編碼、打包后送往數(shù)據(jù)傳輸模塊，集中向監(jiān)測(cè)中心發(fā)送。同時(shí)數(shù)據(jù)采集器也接收從中心發(fā)來(lái)的設(shè)置參數(shù)，并可對(duì)GPS接收機(jī)進(jìn)行參數(shù)預(yù)設(shè)和操作控制。
采集器是一個(gè)以89C55單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)。它包括硬件電路和控制處理軟件兩部分。硬件電路主要由89C55單片機(jī)、TL16C554高速串行口接口、8路并行光電隔離接口、64KB 片外RAM存儲(chǔ)器、X5045（串行E2PRAM/看門(mén)狗）電路以及一系列譯碼電路等組成。
3 GSM數(shù)據(jù)傳輸
GSM數(shù)據(jù)傳輸方式是利用現(xiàn)有的GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，將分布在各處的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測(cè)中心，同時(shí)也把中心發(fā)出的各種設(shè)置和控制命令傳遞到觀測(cè)點(diǎn)。根據(jù)傳輸方式的不同，可采用圖2所示的兩種結(jié)構(gòu)。一種是GSM撥號(hào)方式，如圖2（a）所示，它是將采集的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)呼叫（Data Call）的形式傳送到中心PC機(jī)，其通信過(guò)程和費(fèi)用相當(dāng)于兩部手機(jī)之間的一次語(yǔ)音通話，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6kbit/s。另一種是GPRS方式，如圖2（b）所示，它采用GPRS分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與中心之間建立起一個(gè)無(wú)線分組數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，且該網(wǎng)絡(luò)在協(xié)議層采用TCP/IP協(xié)議，因此各采集終端無(wú)需依次排隊(duì)撥號(hào)，能邊觀測(cè)邊傳送數(shù)據(jù)。這兩種方式均可構(gòu)建成一（中心）對(duì)多（采集器）的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。
GSM模塊采用SIEMENS TC35 GSM移動(dòng)數(shù)據(jù)引擎。TC35相當(dāng)于一部工業(yè)級(jí)的移動(dòng)臺(tái)（MS）設(shè)備，支持包括數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、傳真和短消息在內(nèi)的所有移動(dòng)臺(tái)功能，具有體積小、功耗低、接口簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
TC35可直接通過(guò)RS232接口與單片機(jī)連接，支持標(biāo)準(zhǔn)AT指令集（ITU-T V.25ter）、傳真AT指令集、ETSI（European Telecommunications Standards Institute) GSM 07.07 AT 指令集、GSM 07.05 SMS AT指令集，以及SIEMENS增強(qiáng)AT指令集。
由于GSM網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中具有卷積編碼、循環(huán)糾錯(cuò)、交織重排等編碼糾錯(cuò)機(jī)制，因此網(wǎng)絡(luò)本身就具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)能力，無(wú)需用戶(hù)再專(zhuān)門(mén)增加校驗(yàn)和糾錯(cuò)措施，且不受傳輸距離限制，與數(shù)傳電臺(tái)相比方便很多。
4 后臺(tái)處理軟件
后臺(tái)處理軟件運(yùn)行于監(jiān)測(cè)中心PC機(jī)上，負(fù)責(zé)完成各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的接收、監(jiān)測(cè)參數(shù)的設(shè)置、差分GPS基線解算、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)結(jié)果的存儲(chǔ)以及位移數(shù)據(jù)的圖形顯示等工作。
整個(gè)處理軟件在Windows環(huán)境下，采用Visual C++6面向?qū)ο螅∣OP）的高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程。開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分利用OOP環(huán)境中對(duì)象的封裝和繼承特性，建立完整的數(shù)據(jù)和文件結(jié)構(gòu)，結(jié)合消息和多任務(wù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、處理和顯示的實(shí)時(shí)性。
該軟件系統(tǒng)分為5個(gè)模塊：數(shù)據(jù)文件管理模塊、串行數(shù)據(jù)通信模塊、觀測(cè)參數(shù)設(shè)置模塊、GPS基線解算模塊及監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示模塊，如圖3所示。
GPS差分解算模塊是軟件的核心部分。解算可生成由各觀測(cè)點(diǎn)基線構(gòu)成的監(jiān)測(cè)網(wǎng)圖，各觀測(cè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)存入觀測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中。只要上述各項(xiàng)設(shè)置參數(shù)預(yù)先配置好，后續(xù)的每次觀測(cè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程可自動(dòng)進(jìn)行。
5 監(jiān)測(cè)精度
系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度與所采用的GPS接收機(jī)類(lèi)型、觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度、監(jiān)測(cè)點(diǎn)基線長(zhǎng)度等因素相關(guān)。例如當(dāng)采用兩臺(tái)單頻接收機(jī)（Motorola VP），一部天線固定不動(dòng)，另一部架設(shè)于儀器導(dǎo)軌上，逐次精確模擬位移變化進(jìn)行10次觀測(cè)，水平位移最大絕對(duì)誤差為6mm；垂直位移最大絕對(duì)誤差為11mm。若采用2臺(tái)以上GPS組網(wǎng)觀測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同步環(huán)平差處理后，系統(tǒng)精度可進(jìn)一步提高。
----《電信科學(xué)》
