一种基于arm的嵌入式gnss精密单点定位设备及运行方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高精度位置服务技术领域，具有涉及一种基于ARM的嵌入式GNSS精密单点定位设备。
【背景技术】
[0002]随着卫星定位系统的完善和发展，对定位和监测目标的精度和可靠性要求越来越高。在通常的精度定位和导航计算中，一般采用相对定位，通过差分方法消除或削弱各种误差影响。若测站之间距离较短，影响定位精度的对流层延迟、电离层延迟、卫星轨道灯误差对测站的影响大致相同，差分方法可以削弱这些影响，提高定位精度；若测站之间距离较大，该方法效果不明显，且很多重要信息无法得到，如对流层延迟、电离层延迟、钟差等信息。在相对定位中，至少需架设一个基站，对于大范围作业，为了提高精度，还要增加参考站个数，这无疑增加了工程成本，因此，在这背景下产生了精密单点定位技术。
[0003]精密单点定位技术(Precise Point Posit1ning，简称PPP)利用全球若干地面跟踪站的观测数据计算出精密卫星轨道和卫星钟差，对单台接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算。该项技术摆脱了依据差分模式才能获得高精度位置信息的现状，摆脱了地面基准站相对定位带来的区域限制。PPP将高精度定位应用领域扩展到辽阔的海洋、浩瀚的沙漠和广袤的南北极，具有广阔的应用前景，因此，研发高精度精密单点定位设备具有重大的意义。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于ARM的嵌入式全球卫星导航系统(Global Navigat1n Satellite System，简称GNSS)精密单点定位设备，可实时跟踪BDS-B1/B2、GPS-L1/L2/L5、GL0NASS-L1/L2三系统七频点卫星数据，并利用3G网络，根据RTCM通过互联网的网络传输协议(Networked Transport of RTCM viaInternet Protocol，简称NRTIP)获取国际GNSS服务(Internat1nal GNSS Service，简称IGS)网站的精密改正数据，通过无电离层组合，采用卡尔曼滤波方式得到高精度定位信息。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]一种基于ARM的嵌入式GNSS精密单点定位设备，包括ARM9主控模块，所述ARM9主控模块分别连接有卫星定位模块、显示模块、存储模块、3G通信模块、以太网通信模块和SDRAM模块；所述卫星定位模块连接有GNSS天线；
[0007]所述GNSS天线用于接收卫星信号，将电磁波信号转化为高频电流信号传送给所述卫星定位模块，通过调制、解调得到卫星观测信息和导航电文，将卫星信息传送给所述ARM9主控模块进行统一管理；
[0008]所述显示模块用于显示所述卫星定位模块实时的卫星观测信息，并提供获取IGS网站的精密改正数据的外部接口；
[0009]所述存储模块用于存储设备运行所需的u-boot、内核和文件系统，以及进行误差模型改正时所需的文件信息；
[0010]所述3G通信模块用于实时获取IGS网站的精密轨道和精密钟差改正数据，并与所述卫星定位模块的卫星观测信息和导航电文融合，通过误差改正模型得到高精度轨道和钟差值;
[0011]所述以太网通信模块用于和本地PC机进行文件传送；
[0012]所述SDRAM模块用于设备系统和设备系统中的应用软件的运行，及中间变量的存储；
[0013]还包括直流电源模块，为整个设备系统提供直流电压。
[0014]进一步的，在本发明中，所述ARM主控模块采用以ARM9为内核的S3C2440芯片，主频为400MHZ。ARM9处理器采用哈佛结构，5级流水线工作模式，功能强大，功耗极低，具有很强的实时处理能力。
[0015]进一步的，在本发明中，所述卫星定位模块采用BD970板卡。该板卡可提供BDS/GPS/GLONASS三系统七频点观测信息和导航电文，具有高可靠的载波跟踪技术，大大提高了载波精度，为用户提供高质量的原始观测数据，而且重量轻，功耗低，是一款非常优越的卫星定位t旲块。
[0016]进一步的，在本发明中，所述3G通信模块采用MC2716模块。该模块支持语音，短信和高速数据业务等功能，应用比较成熟，性价比高。
[0017]进一步的，在本发明中，所述以太网通信模块包括DM9000EP网卡芯片，所述DM9000EP网卡芯片与HX1102NL芯片连接，进行网络变压，所述HX1102NL芯片与RJ45接头连接；所述DM9000EP网卡芯片通过以太网接口与所述ARM9主控模块连接。
[0018]进一步的，在本发明中，所述SDRAM模块采用两个32M*16bit的HY57V561620芯片采用并接方式连接组成，通过SDRAM控制接口与所述ARM 9主控模块连接；所述存储模块采用K9K8G08芯片，通过NAND FLASH控制接口与所述ARM主控模块连接。
[0019]进一步的，在本发明中，所述直流电源模块采用TPS5430芯片，将12V/1A的输入电源转化成3.3V/1A和5V/1A两种直流电源，其中，3.3V/1A电源为卫星定位模块、显示模块、3G通信模块及以太网通信模块提供电源，5V/1A电源为ARM9主控模块提供电源。TPS5430芯片带负载能力强，效率高，最大可支持3A电流输出，同时转换电路中外围器件较少，为系统开发带来极大便利。
[0020]一种基于ARM的嵌入式GNSS精密单点定位设备的运行方法，包括以下步骤:
[0021]I)实时获取IGS网站的精密改正数据；
[0022]2)将所述精密改正数据进行实时解析，得到精密轨道改正和精密钟差改正，并与所述卫星定位模块的卫星观测信息进行融合，通过改正模型得到精密轨道和精密钟差；
[0023]3)利用无电离层组合方式消除电离层误差影响，并利用误差模型消除误差包括对流层、地球自转、相对论效应、天线及海洋潮等；最后通过参数估计的方法得到单历元解算结果，实现精度定位。
[0024]进一步的，在本发明中，步骤I)中，所述精密改正数据通过NRTIP协议获得，根据NTRIP CASTSER地址、端口、挂载点、用户名和密码从IGS网站实时获取。
[0025]进一步的，在本发明中，步骤3)中，所述的参数估计的方法采用卡尔曼滤波方式。
[0026]有益效果:本发明提供的基于ARM的嵌入式精密单点定位设备采用32位ARM微处理器，性能高效，功耗极低，为设备提供强大的接口模块和扩展资源，在保证良好的人机交互的同时，其突出的性能也可保证精度单点定位的实时性和有效性。本发明实时接收IGS网站精密改正数据对卫星轨道和钟差进行修正，大大提高轨道和钟差的精度。利用无电离层组合方式，并通过误差模型改正消除了大部分误差，能实现单设备分米级定位精度，方便用户外业测量，改变传统高精度定位依赖基准站的模式，有效减少工程成本，大大提高社会经济效益。
【附图说明】
[0027]图1为本发明基于ARM的嵌入式精密单点定位设备硬件结构图；
[0028]图2为本发明基于ARM的嵌入式精密单点定位设备软件结构图；
[0029]图3为本发明显示与控制触摸屏工作流程图；
[0030]图4为本发明基于NTRIP协议获取精度改正数据工作流程图；
[0031]图5为本发明精密单点定位算法流程图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0033]如图1所示为一种基于ARM的嵌入式GNSS精密单点定位设备，包括ARM9主控模士夬，ARM9主控模块分别连接有卫星定位模块、显示模块、存储模块、3G通信模块、以太网通信模块和SDRAM模块；卫星定位模块连接有GNSS天线；
[0034]GNSS天线用于接收卫星信号，将电磁波信号转化为高频电流信号传送给卫星定位