專利名稱：基于虛擬差分技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種全球定位系統(tǒng)(Global Position System，以下簡(jiǎn)稱GPS)接收機(jī)，特別是涉及一種基于虛擬差分技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)。
背景技術(shù)：
在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，對(duì)采集的各種田間數(shù)據(jù)和信息實(shí)施精準(zhǔn)管理依賴于精確的位置信息，而目前GPS技術(shù)是進(jìn)行定位測(cè)量的最快速、最便捷有效的方式，已經(jīng)成為實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)支持農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化實(shí)踐的重要條件。
進(jìn)一步提高GPS接收機(jī)實(shí)時(shí)定位精度是目前需要研究的課題之一。由于GPS接收機(jī)，單機(jī)定位精度太低，不能滿足實(shí)際應(yīng)用尤其是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的要求，通常采用差分的方式來(lái)提高定位精度。目前GPS接收機(jī)常采用衛(wèi)星差分、信標(biāo)差分或自主差分方式來(lái)提高定位精度，然而這三種方式的實(shí)際應(yīng)用均受到很大限制。衛(wèi)星差分服務(wù)是有償?shù)?，需要按使用時(shí)間付費(fèi)，而且這種服務(wù)不能覆蓋全國(guó)范圍；信標(biāo)臺(tái)只在我國(guó)沿海地區(qū)才有，例如在北京雖然可以接收天津信標(biāo)臺(tái)發(fā)射的差分改正信號(hào)，但因距離遠(yuǎn)，信號(hào)不夠穩(wěn)定，所以使用也受到限制；采用自主差分方式建立的差分參考站是一種沒有地區(qū)限制的方案，但這種差分參考站的覆蓋范圍與發(fā)送差分信號(hào)的數(shù)傳電臺(tái)功率成正變關(guān)系，而且測(cè)量誤差隨參考站和移動(dòng)站間的距離增加而增加，難以滿足高精度的定位要求。
在這種情況下，美國(guó)Trimble公司所提出的虛擬參考站VRS(Virtual ReferenceStation，簡(jiǎn)稱VRS)的概念打破了上述限制。在使用時(shí)，參考站數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差被減少或消除，這樣不僅意味著用戶可以增加移動(dòng)站和參考站間的距離，也增加了系統(tǒng)的可靠性，并減少了初始化的時(shí)間。與常規(guī)RTK(Real-Time-Kinematic，GPS實(shí)時(shí)載波相位差分的簡(jiǎn)稱)不同，在VRS網(wǎng)絡(luò)中，各固定參考站不直接向移動(dòng)用戶發(fā)送任何改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊線發(fā)給控制中心。同時(shí)，移動(dòng)用戶在工作前，先通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(如GSM網(wǎng)絡(luò)、或GPRS網(wǎng)絡(luò)、或CDMA網(wǎng)絡(luò)等)向控制中心發(fā)送一個(gè)概略坐標(biāo)，控制中心收到這個(gè)位置信息后，根據(jù)用戶位置，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇最佳的一組固定參考站，根據(jù)這些站發(fā)來(lái)的信息，整體地改正GPS的軌道誤差、電離層、對(duì)流層和大氣折射引起的誤差，將高精度的差分信號(hào)發(fā)給移動(dòng)站。這個(gè)差分信號(hào)的效果相當(dāng)于在移動(dòng)站旁邊，生成一個(gè)虛擬的參考站，從而解決了RTK作業(yè)距離上的限制問題，并保證了用戶的精度；同時(shí)用戶也免去購(gòu)買及架設(shè)GPS參考站了。目前，北京市全球衛(wèi)星綜合應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)初步建設(shè)了5個(gè)參考站，1個(gè)數(shù)據(jù)中心，服務(wù)范圍可以覆蓋北京市城八區(qū)，并計(jì)劃將參考站擴(kuò)展到28個(gè)，以覆蓋北京所有城區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)縣。建成后的系統(tǒng)，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)差分方式為移動(dòng)定位用戶提供差分?jǐn)?shù)據(jù)，不受距離的限制，可以滿足不同行業(yè)不同精度要求的用戶需求。
目前，對(duì)于移動(dòng)用戶，Trimble公司所推出的高精度的GPS接收機(jī)已經(jīng)具備接收虛擬差分信息的功能，如5700等型號(hào)的產(chǎn)品，但這類產(chǎn)品的價(jià)格普遍較高；價(jià)格較低的GPS接收機(jī)，又不具備接收這種以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)形式發(fā)送的差分信息的能力，使得VRS的應(yīng)用受到了很大的限制，同時(shí)也限制了GPS接收機(jī)的廣泛應(yīng)用。在此情況下，就需要設(shè)計(jì)、開發(fā)一種成本低、具有接收虛擬差分信息、同時(shí)又具備定位數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)功能的GPS接收系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于虛擬差分技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，該系統(tǒng)成本低、簡(jiǎn)單便攜，能實(shí)時(shí)采集并顯示具有差分信息的高精度GPS信息，并可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備中。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案如圖1所示，該全球定位系統(tǒng)接收機(jī)包括一微處理器1，用于系統(tǒng)的初始化、數(shù)據(jù)處理和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控；一無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊2與微處理器1相連接，該模塊通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與虛擬參考站控制中心(圖1中未示出)之間發(fā)送和接收信息；一GPS接收電路3，用于接收GPS數(shù)據(jù)，該電路具有包括第一串口和第二串口的至少兩個(gè)串口；一擴(kuò)展串口電路7與微處理器1相連接，擴(kuò)展出包括第一串口和第二串口的至少兩個(gè)串口，經(jīng)過(guò)第一電壓轉(zhuǎn)換電路9后分別與GPS接收電路3的第一串口和第二串口相連接；一客戶識(shí)別模塊6與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊2相連接，用于識(shí)別客戶身份，客戶通過(guò)它完成與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接和信息交換；
一電源8與微處理器1、GPS接收電路3、擴(kuò)展串口電路7和第一電壓轉(zhuǎn)換電路9相連接，經(jīng)過(guò)第二電壓轉(zhuǎn)換電路10與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊2相連接，為系統(tǒng)中各部分電路與模塊提供穩(wěn)定的工作電壓。
上述技術(shù)方案中，還包括一顯示模塊5，通過(guò)并行接口電路11，與微處理器1相連接，用于實(shí)時(shí)顯示采集的GPS信息。
上述技術(shù)方案中，還包括一存儲(chǔ)設(shè)備4，與微處理器1相連接，用于存儲(chǔ)GPS數(shù)據(jù)。
上述技術(shù)方案中，所述客戶識(shí)別模塊6由一客戶識(shí)別卡卡座和客戶識(shí)別卡組成。
上述技術(shù)方案中，所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是指GSM網(wǎng)絡(luò)，或GPRS網(wǎng)絡(luò)，或CDMA網(wǎng)絡(luò)。
本實(shí)用新型的工作過(guò)程為微處理器1通過(guò)擴(kuò)展串口電路7的第一串口對(duì)GPS接收電路3進(jìn)行初始化設(shè)置之后，GPS接收電路3開始接收GPS數(shù)據(jù)。此GPS數(shù)據(jù)因?yàn)闆]有進(jìn)行差分校正，誤差較大，定位精度低。微處理器1經(jīng)由控制命令來(lái)控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊2，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊2通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將該全球定位系統(tǒng)接收機(jī)之前接收到的GPS數(shù)據(jù)發(fā)送至VRS控制中心，VRS控制中心根據(jù)此信息進(jìn)行誤差計(jì)算，又將RTCM(Radio Technical Commission for Maritime Services，簡(jiǎn)稱RTCM)差分信息用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至該全球定位系統(tǒng)接收機(jī)中的微處理器1；微處理器1再通過(guò)擴(kuò)展串口電路7的第二串口將此RTCM差分信息從GPS接收電路3的第二串口輸入，GPS接收電路3的第一串口的輸出便是經(jīng)過(guò)差分校正后的GPS數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)微處理器1處理之后，一方面可以在顯示模塊5中顯示，用戶可實(shí)時(shí)了解自身所處位置；另一方面，此GPS數(shù)據(jù)也可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備4中。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型具有成本低，可靠性高，功耗低的特點(diǎn)；能采集經(jīng)過(guò)差分校正后的高精度GPS數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)崟r(shí)顯示采集的高精度GPS數(shù)據(jù)，便于用戶實(shí)時(shí)了解自身所處位置，還可以將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大容量的存儲(chǔ)設(shè)備中，供用戶對(duì)數(shù)據(jù)的后續(xù)分析、處理使用。


圖1為本實(shí)用新型的一個(gè)最佳實(shí)施例的電路框圖；
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1所示，微處理器1采用美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的高性能8位單片機(jī)AT89S51。該芯片價(jià)格低、功耗低，F(xiàn)lash程序存儲(chǔ)器的容量為4KB，使用壽命最少為1000次寫/擦循環(huán)，是目前性能價(jià)格比較高的CPU芯片之一。振蕩電路采用CPU內(nèi)部振蕩器和外部石英晶體構(gòu)成，晶體振蕩頻率選為11.0592MHz。
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊2選擇SIEMENS公司的MC35i，它不僅能夠支持GSM900/1800MHz雙頻工作模式，能提供數(shù)字、語(yǔ)音、短消息和傳真功能，而且能夠支持GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在尺寸規(guī)格上，體積較小，易于集成。如果要利用GPRS網(wǎng)絡(luò)，可采用SIEMENS公司的TC45，它設(shè)計(jì)小巧、功耗非常低，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，支持JAVA編程，可以為很多通信應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。如果要利用CDMA網(wǎng)絡(luò)通信，可采用WAVECOM公司的Q2358C，它是單頻800MHZ，CDMA20001xRTT模塊。本
GPS接收電路3選用GARMIN公司的GPS 25LVS板，這是一款性能穩(wěn)定，性價(jià)比比較高的產(chǎn)品。此型號(hào)的GPS OEM板體積小，重量輕，單一5V供電，內(nèi)置保護(hù)電池，RS232電平自動(dòng)輸出NMEA0183語(yǔ)句(ASCII字符型)，RTCM差分輸入，1PPS秒脈沖集于一身，其單點(diǎn)定位精度小于15米，差分定位精度2-5米，可以基本滿足精細(xì)農(nóng)業(yè)不同情況下的應(yīng)用需要。此外，GPS 25LVS板無(wú)復(fù)雜時(shí)序控制，開發(fā)較方便。
顯示模塊5采用北京青云創(chuàng)新公司生產(chǎn)的LCM12232B，工作電壓5V，最大工作電流1mA，不帶字庫(kù)，主控制器芯片是SED1520的圖形點(diǎn)陣式液晶模塊。以16*16顯示一個(gè)漢字和16*8顯示一個(gè)字符，可以顯示兩行，每行7.5個(gè)漢字或者15個(gè)字符。接口電路采用間接控制的方式，八條數(shù)據(jù)線與并行接口電路11相連，另外用微處理器1的I/O口來(lái)控制其讀寫和使能。
客戶識(shí)別模塊6采用一客戶識(shí)別卡卡座和客戶識(shí)別卡組成，其輸入端與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊2相連接，由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊2產(chǎn)生電壓為3V的電源。其中客戶識(shí)別卡，也稱為智能卡，采用A級(jí)加密方法制作，存儲(chǔ)著用戶的數(shù)據(jù)、鑒權(quán)方法及密鑰，供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)用戶身份進(jìn)行鑒別。同時(shí)，用戶通過(guò)它完成與系統(tǒng)的連接和信息的交換。
電源8將提供大部分芯片正常工作所需的5V電壓；第一電壓轉(zhuǎn)換電路9可將微處理器1的TTL電平轉(zhuǎn)化為GPS接收電路3的RS232電平；本實(shí)施例中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊2的電源有特殊要求，第二電壓轉(zhuǎn)換電路10將5V電壓轉(zhuǎn)換為其正常工作時(shí)所需的電壓4.2V。
GPS數(shù)據(jù)的采集需要的存儲(chǔ)容量較大，若采用RAM或EEPROM，會(huì)受到尋址空間、功耗和體積等因素的限制，而且價(jià)格也很貴。因此，本實(shí)施例中的存儲(chǔ)設(shè)備4使用CF卡來(lái)存儲(chǔ)GPS數(shù)據(jù)。CF卡容量大，讀寫速度快，可與多種電腦操作系統(tǒng)平臺(tái)兼容，結(jié)實(shí)耐用，可多次讀寫。另外，它支持3.3V和5V兩種電源，耗電量小，在斷電后數(shù)據(jù)依然能夠保存。
擴(kuò)展串口電路7和并行接口電路11采用常規(guī)方式接入。
本實(shí)施例的工作過(guò)程為微處理器1通過(guò)擴(kuò)展串口電路7的第一串口對(duì)GPS接收電路3進(jìn)行初始化設(shè)置之后，GPS接收電路3開始接收GPS數(shù)據(jù)。此GPS數(shù)據(jù)因?yàn)闆]有進(jìn)行差分校正，誤差較大，定位精度低。微處理器1經(jīng)由AT命令(AT即Attention，AT命令集是從TE(Terminal Equipment)或DET(Data TerminalEquipment)向TA(Terminal Adapter)或DCE(Data Circuit Terminating Equipment)發(fā)送的。通過(guò)TA、TE發(fā)送AT命令來(lái)控制MS(Mobile Station)的功能，與GSM網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。用戶可以通過(guò)AT命令進(jìn)行呼叫、短信、電話、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制)控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊2，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊2通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將全球定位系統(tǒng)接收機(jī)之前接收到的GPS數(shù)據(jù)發(fā)送至VRS控制中心，VRS控制中心根據(jù)此信息進(jìn)行誤差計(jì)算，又將RTCM(Radio Technical Commission forMaritime Services，簡(jiǎn)稱RTCM)差分信息用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸至全球定位系統(tǒng)接收機(jī)中的微處理器1；微處理器1再通過(guò)擴(kuò)展串口電路7的第二串口將此RTCM差分信息從GPS接收電路3的第二串口輸入，GPS接收電路3的第一串口的輸出便是經(jīng)過(guò)差分校正后的GPS數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)微處理器1處理之后，一方面可以在顯示模塊5中顯示，用戶可實(shí)時(shí)了解自身所處位置；另一方面，此GPS數(shù)據(jù)也可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備4中。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.基于虛擬差分技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，包括一GPS接收電路(3)，用于接收GPS數(shù)據(jù)；其特征是，還包括一微處理器(1)，用于系統(tǒng)的初始化、數(shù)據(jù)處理和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控；一無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊(2)與微處理器(1)相連接，該模塊通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與虛擬參考站控制中心之間發(fā)送和接收信息；一客戶識(shí)別模塊(6)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊(2)相連接，用于識(shí)別客戶身份，客戶通過(guò)它完成與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接和信息交換；一擴(kuò)展串口電路(7)與微處理器(1)相連接，擴(kuò)展出包括第一串口和第二串口的至少兩個(gè)串口，經(jīng)過(guò)第一電壓轉(zhuǎn)換電路(9)后分別與所述GPS接收電路(3)的第一串口和第二串口相連接；一電源(8)與微處理器(1)、GPS接收電路(3)、擴(kuò)展串口電路(7)和第一電壓轉(zhuǎn)換電路(9)相連接，并經(jīng)過(guò)第二電壓轉(zhuǎn)換電路(10)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊(2)相連接，為系統(tǒng)中各個(gè)電路與模塊提供穩(wěn)定的工作電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其特征是，還包括一顯示模塊(5)，通過(guò)并行接口電路(11)，與微處理器(1)相連接，用于實(shí)時(shí)顯示采集的GPS信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其特征是，還包括一存儲(chǔ)設(shè)備(4)，與微處理器(1)相連接，用于存儲(chǔ)GPS數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其特征是，所述客戶識(shí)別模塊(6)由一客戶識(shí)別卡卡座和客戶識(shí)別卡組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其特征是，所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是指GSM網(wǎng)絡(luò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其特征是，所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是指GPRS網(wǎng)絡(luò)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，其特征是，所述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是指CDMA網(wǎng)絡(luò)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，特別是涉及一種基于虛擬差分技術(shù)的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)。該系統(tǒng)由GPS接收電路、微處理器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊、顯示及存儲(chǔ)設(shè)備以及串口擴(kuò)展和電壓轉(zhuǎn)換電路組成。本實(shí)用新型能通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊與虛擬參考站通信獲得差分信息，從而使得GPS接收電路輸出經(jīng)過(guò)差分校正后的高精度GPS信息，并能實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)GPS數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型成本低，簡(jiǎn)單便攜，適合用于例如實(shí)施精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的定位裝置。
文檔編號(hào)G01S1/08GK2795873SQ20052000580
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月8日
發(fā)明者汪懋華, 何月芳, 張漫, 劉剛, 高華江, 曾祥鐘, 司永勝, 王 琦, 張淼, 鄭典萍, 張俊寧 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)