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1.南京理工大學 南京 210009；2.東華理工學院 撫州 344000
GPS差分測量是近年來逐漸發(fā)展起來的一種新型高精度GPS測量技術。它采用多臺單頻或雙頻GPS接收機進行同步觀測，經(jīng)后臺差分數(shù)據(jù)處理后得出觀測點間基線向量的高精度解算值。目前在GPS差分測量中一般是將現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)暫存于存儲介質(zhì)中，測量作業(yè)完畢再將數(shù)據(jù)轉移至PC機中進行解算。部分實時系統(tǒng)采用了數(shù)傳電臺作為數(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)總體結構
如圖1所示，系統(tǒng)由一個監(jiān)測中心和多個野外監(jiān)測區(qū)域構成。每個監(jiān)測區(qū)域設置一個機箱，內(nèi)含一臺GPS接收機、一塊數(shù)據(jù)采集器電路板、一個GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊以及直流電源等部分；監(jiān)測中心只包含GSM模塊和用作GPS差分解算的PC機。系統(tǒng)工作時將GPS天線安放于監(jiān)測點的位置上，各點的GPS接收機都按預先設定好的時段參數(shù)同時進行觀測，原始數(shù)據(jù)暫存于各自采集器的RAM中。觀測結束后，各監(jiān)測區(qū)依次通過GSM模塊及GSM網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測中心PC機，進行后臺差分解算，得出各監(jiān)測點間基線向量的長度及高程差。若把其中一個或多個監(jiān)測點設置于絕對固定的參考位置上，則每次解算后均可得到其它監(jiān)測點較參考點的相對位移值，包括水平位移和垂直位移。
在兩個或多個觀測站同步觀測相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及電離層和對流層的折射誤差等對觀測量的影響具有一定的相關性，利用這些觀測量的不同線性組合，如在衛(wèi)星間求差、在接收機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誤差的影響，提高系統(tǒng)的相對定位的精度。
2 數(shù)據(jù)采集器
數(shù)據(jù)采集器作用是自動收集GPS接收機和其它傳感器輸出的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)存儲、壓縮、編碼、打包后送往數(shù)據(jù)傳輸模塊，集中向監(jiān)測中心發(fā)送。同時數(shù)據(jù)采集器也接收從中心發(fā)來的設置參數(shù)，并可對GPS接收機進行參數(shù)預設和操作控制。
采集器是一個以89C55單片機為核心的數(shù)據(jù)接收、處理和轉發(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、TL16C554高速串行口接口、8路并行光電隔離接口、64KB 片外RAM存儲器、X5045（串行E2PRAM/看門狗）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移動通信網(wǎng)絡，將分布在各處的GPS觀測數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測中心，同時也把中心發(fā)出的各種設置和控制命令傳遞到觀測點。根據(jù)傳輸方式的不同，可采用圖2所示的兩種結構。一種是GSM撥號方式，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，其通信過程和費用相當于兩部手機之間的一次語音通話，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，為各監(jiān)測點與中心之間建立起一個無線分組數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，且該網(wǎng)絡在協(xié)議層采用TCP/IP協(xié)議，因此各采集終端無需依次排隊撥號，能邊觀測邊傳送數(shù)據(jù)。這兩種方式均可構建成一（中心）對多（采集器）的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)。
GSM模塊采用SIEMENS TC35 GSM移動數(shù)據(jù)引擎。TC35相當于一部工業(yè)級的移動臺（MS）設備，支持包括數(shù)據(jù)、語音、傳真和短消息在內(nèi)的所有移動臺功能，具有體積小、功耗低、接口簡單等特點。
TC35可直接通過RS232接口與單片機連接，支持標準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AT指令集。
由于GSM網(wǎng)絡的無線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中具有卷積編碼、循環(huán)糾錯、交織重排等編碼糾錯機制，因此網(wǎng)絡本身就具有較強的數(shù)據(jù)糾錯能力，無需用戶再專門增加校驗和糾錯措施，且不受傳輸距離限制，與數(shù)傳電臺相比方便很多。
4 后臺處理軟件
后臺處理軟件運行于監(jiān)測中心PC機上，負責完成各監(jiān)測點數(shù)據(jù)的接收、監(jiān)測參數(shù)的設置、差分GPS基線解算、監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)測結果的存儲以及位移數(shù)據(jù)的圖形顯示等工作。
整個處理軟件在Windows環(huán)境下，采用Visual C++6面向對象（OOP）的高級語言進行編程。開發(fā)過程中充分利用OOP環(huán)境中對象的封裝和繼承特性，建立完整的數(shù)據(jù)和文件結構，結合消息和多任務機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、處理和顯示的實時性。
該軟件系統(tǒng)分為5個模塊：數(shù)據(jù)文件管理模塊、串行數(shù)據(jù)通信模塊、觀測參數(shù)設置模塊、GPS基線解算模塊及監(jiān)測結果顯示模塊，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點基線構成的監(jiān)測網(wǎng)圖，各觀測點的位置坐標存入觀測結果數(shù)據(jù)庫中。只要上述各項設置參數(shù)預先配置好，后續(xù)的每次觀測數(shù)據(jù)處理過程可自動進行。
5 監(jiān)測精度
系統(tǒng)監(jiān)測精度與所采用的GPS接收機類型、觀測時段長度、監(jiān)測點基線長度等因素相關。例如當采用兩臺單頻接收機（Motorola VP），一部天線固定不動，另一部架設于儀器導軌上，逐次精確模擬位移變化進行10次觀測，水平位移最大絕對誤差為6mm；垂直位移最大絕對誤差為11mm。若采用2臺以上GPS組網(wǎng)觀測，并對數(shù)據(jù)進行同步環(huán)平差處理后，系統(tǒng)精度可進一步提高。
----《電信科學》
