GPS网络系统及其在实时高精度形变监测中的应用研究
|
摘要
GPS网络系统是集GPS定位技术、计算机技术、通信技术于一身的高科技系统。近年来，随着GPS定位技术的日趋成熟，使得定位的精度得到了很大提高，定位的时间也大大缩短，另外，一直制约GPS数据实时传输的通信技术也随着全球移动通信技术和卫星通信等通信技术以及宽带网络技术的发展与进步得到了大幅度的提高，这样，为GPS网络系统的研究与应用注入了活力。本文首先介绍了GPS网络系统在各行业的应用与研究现状以及存在的问题，然后以其在形变监测的应用为例，进行了如下研究与实验：
1．阐述了GPS网络系统的组成、支撑技术；
2．从GPS原始数据的实时传输入手，以ASHTECH型GPS接收机为例，详细研究、分析了GPS原始数据文件的解码，并在VC++平台下实现了GPS接收机与计算机的实时通信；
3．介绍了GPS数据处理的基本原理，在学习Kalman滤波的基础上，认为Kalman滤波技术适合于GPS网络系统数据的实时处理，给出了其应用模型，并以下载的数据为例，进行了实例计算；
4．最后以一大坝为例，设计了其GPS网络结构及网络流程图。
GPS network system is an advanced one which combines with GPS positioning, computer and communication technology .In recent years, with the developing of GPS positioning technology ,the precision of it is improved and the poisoning time required is decreased. What's more, with the fast development of Global System for Mobile Communications, satellite communication and Wide Band, the communication technology that constrained the transportation of GPS real data is improved. As a result, communications inject new life into the application and research of GPS network system. This paper initially introduces the present state of application and research of GPS network system in all aspect of life , and illuminates unsolved problem in the process of application and research .And taking the application of GPS network system in the deformation monitoring for the case ,mainly do the following research and experiments :
1. illuminating the component of GPS network system and relative technology ;
2. Taking the ASHTECH GPS for example .and starting from real transporting GPS primary data ,this paper analyses the code of GPS primary data files and realizes the real communication between GPS receiver and computer under VC++ platform;
3. Introducing the basic theory of GPS data process .On the base of studying Kalman filter ,1 think that the theory of Kalman filter can be applied to process the real data of GPS network system and give the model of application .1 use the downloading data to confirm the model.
4. Finally taking a dam for example ,1 design the structure of GPS network system and flow chart.
1．阐述了GPS网络系统的组成、支撑技术；
2．从GPS原始数据的实时传输入手，以ASHTECH型GPS接收机为例，详细研究、分析了GPS原始数据文件的解码，并在VC++平台下实现了GPS接收机与计算机的实时通信；
3．介绍了GPS数据处理的基本原理，在学习Kalman滤波的基础上，认为Kalman滤波技术适合于GPS网络系统数据的实时处理，给出了其应用模型，并以下载的数据为例，进行了实例计算；
4．最后以一大坝为例，设计了其GPS网络结构及网络流程图。
GPS network system is an advanced one which combines with GPS positioning, computer and communication technology .In recent years, with the developing of GPS positioning technology ,the precision of it is improved and the poisoning time required is decreased. What's more, with the fast development of Global System for Mobile Communications, satellite communication and Wide Band, the communication technology that constrained the transportation of GPS real data is improved. As a result, communications inject new life into the application and research of GPS network system. This paper initially introduces the present state of application and research of GPS network system in all aspect of life , and illuminates unsolved problem in the process of application and research .And taking the application of GPS network system in the deformation monitoring for the case ,mainly do the following research and experiments :
1. illuminating the component of GPS network system and relative technology ;
2. Taking the ASHTECH GPS for example .and starting from real transporting GPS primary data ,this paper analyses the code of GPS primary data files and realizes the real communication between GPS receiver and computer under VC++ platform;
3. Introducing the basic theory of GPS data process .On the base of studying Kalman filter ,1 think that the theory of Kalman filter can be applied to process the real data of GPS network system and give the model of application .1 use the downloading data to confirm the model.
4. Finally taking a dam for example ,1 design the structure of GPS network system and flow chart.
引文
[1]葛茂荣、过静珺、季如进、郑国忠，GPS观测数据文件及其解码，测绘通报，1991年第2期。
[2]Jock Christie, Richard Fuller, Tonathan Nichols etc, Development And Deploment of GPS Wireless Devices For E911 And Location Based Services, Position Location and Navigation Symposium, 2002 IEEE, 2002 Page(s): 60-65。
[3]Operation & Technical manual of Ashtech GPS。
[4]谭思亮、邹超群等，Visual C++串口通信工程开发实例导航，人民邮电出版社。
[5]李现勇，Visual C++串口通信技术与工程实践，人民邮电出版社。
[6]F.Basili, S.Bonafoni, R.Ferrara, P.Ciotti, Experimental campaign for the assessment of atmospheric water vapour retrieval by means of a GPS network, Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2000. Proceedings. IGARSS 2000. IEEE 2000 International, Volume: 7, 2000 Page(s): 3078-3080 vol.7
[7]Jerome Paros and Mustafa, YilmazBroadband meteorological sensors co-located with GPS receivers for geophysical and atmospheric measurements, Position Location and Navigation Symposium, 2002 IEEE, 2002, Page(s): 134-141
[8]吴迪，卢建宇等，局域网组建与管理，清华大学出版社。
[9]张勤，非线性最小二乘理论极其在GPS定位中应用研究，武汉大学博士学位论文，2002。
[10]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民，GPS测量原理及应用，武汉大学出版社。
[11]张勤，李家权，全球定位系统(GPS)测量原理及其数据处理基础，西安地图出版社。
[12]袁建平，方群，郑谔，GPS在飞行器定位导航中的应用，西北工业大学出版社。
[13]张守信，GPS卫星测量定位理论与应用，国防科技大学出版社。
[14]崔希璋，於宗涛，陶本藻，刘大杰，于正林，孙海燕，王新洲，武汉测绘科技大学出版社。
[15]Mark Nelson，潇湘工作室译，串行通信开发指南，中国水利水电出版社。
[16]方群，袁建平，郑谔，卫星定位导航基础，西北工业大学出版社。
[17]邓自立，卡尔曼滤波与维纳滤波——现代时间序列分析方法，哈尔滨工业大学出版
社。
[18]GPS卫星的精密定轨，许尤楠，解放军出版社。
[19]谭浩强，C程序设计，清华大学出版社。
[20]汪翔，袁辉，Visual C++实践与提高网络编程篇，中国铁道出版社。
[21]H.-S.Chen,L.-S.Wang,F.-R.Wang,Long-duration Carrier-Smoothed-Code Algorithm for GPS positioning,2000IEEE.
[22]Liu Jiyu,Cheng Xiaoming,Li Deren etc,ISPRS GPS kinematic carrier phase measurements for aerial photogrammetry, Journal of Photogrammetry & Remote Sensing 51(1996)230-242.
[23]C.-W.Jang,J.-C,Juang and F.-C.Kung,Adaptive fault detection in real-time GPS positioning,2000IEEE.
[24]R.Galas and W.kohler, A binary Exchange Format for GPS Data,Phys. Chem.Earth (A).Vol.26,No.6-8,pp.645-648,2001.
[25]EJ.G..Teunissen,The GPS Integer Least-Squares Statistics, Phys. Chem.Earth (A).Vol.25,No.9-11,pp,673-677,2000
[26]B.Azimi-Sadjadi and ES.Krishnaprasad,Approximate Nonlinear Filtering and Its Applications for GPS,2000IEEE.
[27]P.J.G.Teunissen, Quality Control In Integrated Navigation Systems,1990IEEE
[28]Kenneth Jaldehag and Jan Johansson,Kalman Smoothed Estimates Of GPS Common-View Data, 1999IEEE.
[29]Volodymyr Ⅰ.Ponomaryov, Oleksiy B.Pogrebnyak,Luis Nino de Rivera,Juan Carlos Sanchez Garcia,Increasing the Accuracy of Differential Global Positioning System by Means of Use the Kalman Filtering Technique,2000IEEE.
[30]M.S.S.Barros,L.C.Rosa,F.Walter,and D.Mendez,GPS:Statistical Models To Reproduce The Preudoranges In Different Scenarios And Their ReLiability Evaluation,Adv.space Res.Vol.28,No.1,pp.227-232,2001.
[31]余学祥，徐绍栓，吕伟才，GPS变形监测信息的单历元解算方法研究，测绘学报，第31卷，第2期，2002年5月。
[32]徐爱功，甩GPS观测值对推断数据进行非线性平滑的模型建立，解放军测绘学院学报，第14卷，第2期，1997年6月。
[33]俞文伯，高国江等．单频GPS动态相对定位的模糊度逼近／搜索解法，北京航空航天大学学报，第28卷，第2期，2002年4月。
[34]胡丛玮，刘大杰，姚连壁，带约束条件的自适应滤波及其在GPS定位中的应用，测绘学报，第31卷，增刊，2002年5月。
[35]姜卫平，刘经南，叶世榕，GPS形变监测网基线处理中系统误差的分析，武汉大学学报·信息科学版，第26卷，第3期，2001年6月。
[36]胡丛玮，刘大杰，基于方差估计原理的自适应卡尔曼滤波及其应用，测绘学院学报，第19卷，第1期，2002年3月。
[37]陈永奇，一种检验GPS整周模糊度解算有效性的方法，武汉测绘科技大学学报，第22卷，第4期，1997年12月。
[38]熊永良，黄丁发，张献洲，刘文熙，基于整数可逆模糊度变换和概率计算的GPS动态数据处理快速算法，测绘学报，第31卷，第3期，2002年8月。
[39]刘广军，吴晓平，级联SINS／GPS系统的相关卡尔曼滤波，火力与指挥控制，第27卷，第1期，2002年3月。
[40]柴洪洲，崔岳，动态系统的抗差Kalman滤波及其影响函数，中国惯性技术学报，第10卷，第3期，2002年6月。
[41]张小红，李征航，徐绍铨，高精度GPS变形监测的新方法及其模型研究，武汉大学学报·信息科学版，第26卷，第5期，2001年10月。
[42]韩绍伟，附加约束条件的模糊度函数法及其在GPS相位差分动态定位中的应用，武汉大学学报，第19卷，第1期，1994年3月。
[43]刘根友，单频GPS接收机动态定位的相位与伪距联合算法及其周跳检测，地壳形变与地震，第21卷，第3期，2001年8月。
[44]崔先强，噪声协方差矩阵加权估计的Sage自适应滤波，测绘科学，第27卷，第2期，2002年6月。
[45]高星伟，刘经南，葛茂荣，网络RTK基准站间基线单历元模糊度搜索方法，测绘学报，第31卷，第4期，2002年11月。
[46]赵庆海，田庆新，高精度GPS基线向量网平差，测绘学院学报，第19卷，第3期，2002年9月。
[47]郭杭，王建国，平滑方法用于INS数据的预处理，武汉测绘科技大学学报，第24卷，第3期，1999年9月。
[48]刘根友，朱才连，任超，GPS相位与伪距联合实时定位算法，测绘通报，第10期，2001年。
[49]余学祥，徐绍栓，吕伟才，GPS监测网基准点位移及观测粗差的抗差估计方法，测绘通报，第8期，2002年。
[50]韩保民，欧吉坤，一种附约束的单频单历元GPS双差相位解算方法，测绘学报，第31卷，第4期，2002年11月。
[51]隔河岩专辑，武汉测绘科技大学学报，1998年9月，第23卷，增刊。
[2]Jock Christie, Richard Fuller, Tonathan Nichols etc, Development And Deploment of GPS Wireless Devices For E911 And Location Based Services, Position Location and Navigation Symposium, 2002 IEEE, 2002 Page(s): 60-65。
[3]Operation & Technical manual of Ashtech GPS。
[4]谭思亮、邹超群等，Visual C++串口通信工程开发实例导航，人民邮电出版社。
[5]李现勇，Visual C++串口通信技术与工程实践，人民邮电出版社。
[6]F.Basili, S.Bonafoni, R.Ferrara, P.Ciotti, Experimental campaign for the assessment of atmospheric water vapour retrieval by means of a GPS network, Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2000. Proceedings. IGARSS 2000. IEEE 2000 International, Volume: 7, 2000 Page(s): 3078-3080 vol.7
[7]Jerome Paros and Mustafa, YilmazBroadband meteorological sensors co-located with GPS receivers for geophysical and atmospheric measurements, Position Location and Navigation Symposium, 2002 IEEE, 2002, Page(s): 134-141
[8]吴迪，卢建宇等，局域网组建与管理，清华大学出版社。
[9]张勤，非线性最小二乘理论极其在GPS定位中应用研究，武汉大学博士学位论文，2002。
[10]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民，GPS测量原理及应用，武汉大学出版社。
[11]张勤，李家权，全球定位系统(GPS)测量原理及其数据处理基础，西安地图出版社。
[12]袁建平，方群，郑谔，GPS在飞行器定位导航中的应用，西北工业大学出版社。
[13]张守信，GPS卫星测量定位理论与应用，国防科技大学出版社。
[14]崔希璋，於宗涛，陶本藻，刘大杰，于正林，孙海燕，王新洲，武汉测绘科技大学出版社。
[15]Mark Nelson，潇湘工作室译，串行通信开发指南，中国水利水电出版社。
[16]方群，袁建平，郑谔，卫星定位导航基础，西北工业大学出版社。
[17]邓自立，卡尔曼滤波与维纳滤波——现代时间序列分析方法，哈尔滨工业大学出版
社。
[18]GPS卫星的精密定轨，许尤楠，解放军出版社。
[19]谭浩强，C程序设计，清华大学出版社。
[20]汪翔，袁辉，Visual C++实践与提高网络编程篇，中国铁道出版社。
[21]H.-S.Chen,L.-S.Wang,F.-R.Wang,Long-duration Carrier-Smoothed-Code Algorithm for GPS positioning,2000IEEE.
[22]Liu Jiyu,Cheng Xiaoming,Li Deren etc,ISPRS GPS kinematic carrier phase measurements for aerial photogrammetry, Journal of Photogrammetry & Remote Sensing 51(1996)230-242.
[23]C.-W.Jang,J.-C,Juang and F.-C.Kung,Adaptive fault detection in real-time GPS positioning,2000IEEE.
[24]R.Galas and W.kohler, A binary Exchange Format for GPS Data,Phys. Chem.Earth (A).Vol.26,No.6-8,pp.645-648,2001.
[25]EJ.G..Teunissen,The GPS Integer Least-Squares Statistics, Phys. Chem.Earth (A).Vol.25,No.9-11,pp,673-677,2000
[26]B.Azimi-Sadjadi and ES.Krishnaprasad,Approximate Nonlinear Filtering and Its Applications for GPS,2000IEEE.
[27]P.J.G.Teunissen, Quality Control In Integrated Navigation Systems,1990IEEE
[28]Kenneth Jaldehag and Jan Johansson,Kalman Smoothed Estimates Of GPS Common-View Data, 1999IEEE.
[29]Volodymyr Ⅰ.Ponomaryov, Oleksiy B.Pogrebnyak,Luis Nino de Rivera,Juan Carlos Sanchez Garcia,Increasing the Accuracy of Differential Global Positioning System by Means of Use the Kalman Filtering Technique,2000IEEE.
[30]M.S.S.Barros,L.C.Rosa,F.Walter,and D.Mendez,GPS:Statistical Models To Reproduce The Preudoranges In Different Scenarios And Their ReLiability Evaluation,Adv.space Res.Vol.28,No.1,pp.227-232,2001.
[31]余学祥，徐绍栓，吕伟才，GPS变形监测信息的单历元解算方法研究，测绘学报，第31卷，第2期，2002年5月。
[32]徐爱功，甩GPS观测值对推断数据进行非线性平滑的模型建立，解放军测绘学院学报，第14卷，第2期，1997年6月。
[33]俞文伯，高国江等．单频GPS动态相对定位的模糊度逼近／搜索解法，北京航空航天大学学报，第28卷，第2期，2002年4月。
[34]胡丛玮，刘大杰，姚连壁，带约束条件的自适应滤波及其在GPS定位中的应用，测绘学报，第31卷，增刊，2002年5月。
[35]姜卫平，刘经南，叶世榕，GPS形变监测网基线处理中系统误差的分析，武汉大学学报·信息科学版，第26卷，第3期，2001年6月。
[36]胡丛玮，刘大杰，基于方差估计原理的自适应卡尔曼滤波及其应用，测绘学院学报，第19卷，第1期，2002年3月。
[37]陈永奇，一种检验GPS整周模糊度解算有效性的方法，武汉测绘科技大学学报，第22卷，第4期，1997年12月。
[38]熊永良，黄丁发，张献洲，刘文熙，基于整数可逆模糊度变换和概率计算的GPS动态数据处理快速算法，测绘学报，第31卷，第3期，2002年8月。
[39]刘广军，吴晓平，级联SINS／GPS系统的相关卡尔曼滤波，火力与指挥控制，第27卷，第1期，2002年3月。
[40]柴洪洲，崔岳，动态系统的抗差Kalman滤波及其影响函数，中国惯性技术学报，第10卷，第3期，2002年6月。
[41]张小红，李征航，徐绍铨，高精度GPS变形监测的新方法及其模型研究，武汉大学学报·信息科学版，第26卷，第5期，2001年10月。
[42]韩绍伟，附加约束条件的模糊度函数法及其在GPS相位差分动态定位中的应用，武汉大学学报，第19卷，第1期，1994年3月。
[43]刘根友，单频GPS接收机动态定位的相位与伪距联合算法及其周跳检测，地壳形变与地震，第21卷，第3期，2001年8月。
[44]崔先强，噪声协方差矩阵加权估计的Sage自适应滤波，测绘科学，第27卷，第2期，2002年6月。
[45]高星伟，刘经南，葛茂荣，网络RTK基准站间基线单历元模糊度搜索方法，测绘学报，第31卷，第4期，2002年11月。
[46]赵庆海，田庆新，高精度GPS基线向量网平差，测绘学院学报，第19卷，第3期，2002年9月。
[47]郭杭，王建国，平滑方法用于INS数据的预处理，武汉测绘科技大学学报，第24卷，第3期，1999年9月。
[48]刘根友，朱才连，任超，GPS相位与伪距联合实时定位算法，测绘通报，第10期，2001年。
[49]余学祥，徐绍栓，吕伟才，GPS监测网基准点位移及观测粗差的抗差估计方法，测绘通报，第8期，2002年。
[50]韩保民，欧吉坤，一种附约束的单频单历元GPS双差相位解算方法，测绘学报，第31卷，第4期，2002年11月。
[51]隔河岩专辑，武汉测绘科技大学学报，1998年9月，第23卷，增刊。