淺談CORS系統(tǒng)技術(shù)原理

左俊華

摘 要：本文主要闡述CORS系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)、技術(shù)算法等內(nèi)容，僅供參考。

關(guān)鍵詞：CORS系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)RTK

一、 CORS系統(tǒng)技術(shù)

CORS 系統(tǒng)是衛(wèi)星定位、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通訊等多種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，目前基于CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)已逐漸替代了傳統(tǒng)的測(cè)量手段，被廣泛應(yīng)用于測(cè)繪工程、城市規(guī)劃、道路施工等眾多領(lǐng)域。CORS技術(shù)的產(chǎn)生克服了該缺陷，為現(xiàn)代測(cè)繪行業(yè)提供了精度更高、可靠性更強(qiáng)、操作更加簡(jiǎn)單快捷的技術(shù)手段。。

1、CORS系統(tǒng)工作原理

CORS系統(tǒng)的基本工作原理是利用GPS導(dǎo)航定位技術(shù)，在一個(gè)城市、一個(gè)地區(qū)或一個(gè)國(guó)家，根據(jù)需求按一定距離建立常年連續(xù)運(yùn)行的一個(gè)或若干個(gè)固定的GPS參考站，利用計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)（LAN / WAN）技術(shù)將各個(gè)參考站與數(shù)據(jù)中心組成網(wǎng)絡(luò)，由數(shù)據(jù)中心從參考站采集數(shù)據(jù)，利用參考站網(wǎng)絡(luò)軟件進(jìn)行處理，然后向各種用戶自動(dòng)地發(fā)布不同類型的GPS原始數(shù)據(jù)、各種類型RTK改正數(shù)據(jù)等[23] [24]，圖2.3為CORS系統(tǒng)原理圖。

二、CORS系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

CORS系統(tǒng)由數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)、參考站系統(tǒng)、數(shù)字通訊系統(tǒng)、用戶系統(tǒng)四部分組成。其中，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)又由用戶管理中心和系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心組成[25]。

1、數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心是CORS系統(tǒng)能夠穩(wěn)定安全運(yùn)行并且連續(xù)不斷提供準(zhǔn)確定位服務(wù)的保證，該系統(tǒng)分為用戶管理中心和系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。其中，用戶管理中心負(fù)責(zé)向用戶提供相關(guān)服務(wù)，并對(duì)用戶進(jìn)行有效管理。系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心主要實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)分析、處理、計(jì)算和存儲(chǔ)，并且通過(guò)建立相應(yīng)模型生成差分改正數(shù)據(jù)，完成改正數(shù)據(jù)的傳輸、記錄、管理和分發(fā)等工作。系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心主要由服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、電源設(shè)備、數(shù)據(jù)記錄設(shè)備和系統(tǒng)安全設(shè)備等設(shè)備組成。

2、參考站系統(tǒng)

參考站系統(tǒng)式衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收功能模塊，主要由若干個(gè)參考站構(gòu)成，并且每個(gè)參考站贏包括GPS接收機(jī)、天線、電源、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機(jī)柜和避雷系統(tǒng)等設(shè)備，它主要實(shí)現(xiàn)連續(xù)對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行定位跟蹤、采集、記錄，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心系統(tǒng)。

3、數(shù)字通訊系統(tǒng)

數(shù)字通信系統(tǒng)包括各個(gè)參考站與數(shù)據(jù)中心的通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心與用戶流動(dòng)站的通信系統(tǒng)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心與參考站之間的數(shù)據(jù)傳輸，要求工作可靠穩(wěn)定，反應(yīng)時(shí)間比較短，控制在1秒內(nèi)。參考站與數(shù)據(jù)中心通信系統(tǒng)采用數(shù)字電路傳輸與VPN網(wǎng)絡(luò)，參考站和數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)管理中心在同一虛擬網(wǎng)中。

4、用戶系統(tǒng)

用戶應(yīng)用子系統(tǒng)是系統(tǒng)的最終用戶，由GPS接收天線、GPS接收機(jī)和通信模塊組成。用戶通過(guò)天線接收GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并用接收機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，通過(guò)通信模塊把數(shù)據(jù)發(fā)送到控制與數(shù)據(jù)管理中心，并最終接收控制與數(shù)據(jù)管理中心差分解算數(shù)據(jù)。

四、 CORS系統(tǒng)技術(shù)算法

CORS參考站的建立是基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊鏈來(lái)獲取精確定位的網(wǎng)絡(luò)TRK技術(shù)。目前國(guó)際上的主流RTK技術(shù)主要有虛擬參考站技術(shù)（Virtual Reference Station， VRS）、主輔站技術(shù)（Master-Auxiliary Concept， MAC）和區(qū)域改正數(shù)技術(shù)（Flachen-korrektur-parameter， FKP）。

1、虛擬參考站技術(shù)

虛擬參考站技術(shù)是設(shè)法在流動(dòng)站附近虛擬建立一個(gè)參考站，并根據(jù)周圍各參考站上的實(shí)際觀測(cè)值算出該參考站上的虛擬觀測(cè)值，以此對(duì)流動(dòng)站定位，其工作原理是：移動(dòng)站用戶在工作之前，首先由移動(dòng)用戶向數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送一個(gè)自身的概略坐標(biāo)信息，然后數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)用戶提供的概略位置，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自送選擇一組最佳參考站，由這組參考站參與整體計(jì)算得GPS的軌道、電離層和對(duì)流層等誤差改正，最后將這種高精度的差分改正發(fā)給用戶[26] [27]。

虛擬參考站技術(shù)可以在一個(gè)較大的范圍內(nèi)均勻稀疏的布設(shè)參考站，利用參考站的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)覆蓋區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)誤差建模，盡可能的消除電離層、對(duì)流層延遲對(duì)定位精度的影響，獲得厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位結(jié)果。其網(wǎng)內(nèi)平均平面點(diǎn)位精度小于1.5厘米，網(wǎng)外平均平面精度達(dá)到3. 5厘米，高程精度達(dá)到3.0厘米，完全可以運(yùn)用在地籍測(cè)量、城市建設(shè)等工程及日常基礎(chǔ)測(cè)繪工作中。

2、主輔站技術(shù)

主輔站技術(shù)原理是將參考站的相位距離通過(guò)簡(jiǎn)化處理，得到一公共的整周模糊度水平，對(duì)于GPS衛(wèi)星與接收機(jī)來(lái)說(shuō)，由于整周模糊度己經(jīng)在相位距離中被處理了，因此當(dāng)兩個(gè)參考站組成雙差時(shí)，就會(huì)消除掉整周模糊度，此時(shí)，就可以認(rèn)為這兩個(gè)參考站有相同的公共整周模糊度水平。通過(guò)處理軟件把所有參考站相位距離的整周模糊度全部歸算到一個(gè)公共的水平，完成處理后就可以計(jì)算每個(gè)衛(wèi)星接收機(jī)的彌散性誤差，以及每個(gè)頻率的非彌散性的誤差[28]。

主輔站技術(shù)不要求主參考站必須是距離流動(dòng)站最近的那個(gè)參考站。當(dāng)主參考站的數(shù)據(jù)不可用或者無(wú)法獲取主參考站的數(shù)據(jù)時(shí)，任何一個(gè)輔站都可以作為主站?？刂浦行陌l(fā)給流動(dòng)站得改正數(shù)包含參考站的所有觀測(cè)數(shù)據(jù)，所以流動(dòng)站即使無(wú)法解讀網(wǎng)絡(luò)信息，它仍然可以利用這些改正數(shù)據(jù)采用單基線求解的方法獲得定位數(shù)據(jù)。主輔站技術(shù)只要求單向通訊，即只需要控制中心發(fā)送改正數(shù)據(jù)給用戶，為用戶帶來(lái)更大的好處。

3、區(qū)域改正數(shù)技術(shù)

FKP技術(shù)的工作原理是：參考網(wǎng)中的每個(gè)參考站在采集每個(gè)瞬時(shí)的同步觀測(cè)值的同時(shí)，便實(shí)時(shí)地將觀測(cè)值傳到數(shù)據(jù)處理中心，也就是說(shuō)參考站所得的觀測(cè)值在參考站沒(méi)有進(jìn)行差分計(jì)算。數(shù)據(jù)處理中心在接受到來(lái)自各參考站的原數(shù)據(jù)后通過(guò)系統(tǒng)解算得到空間誤差改正參數(shù)，然后再將這些改正參數(shù)發(fā)送給服務(wù)范圍內(nèi)的所有流動(dòng)站來(lái)參與空間位置的解算。出于數(shù)據(jù)保密考慮，在使用過(guò)程中，用戶必須附加解譯軟件的設(shè)備。因此這種作業(yè)方法對(duì)用戶流動(dòng)站要求高，使用復(fù)雜，在市場(chǎng)上普及率較低[29]。

四 小結(jié)

本文CORS系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，，對(duì)CORS系統(tǒng)的原理等內(nèi)容進(jìn)行了說(shuō)明，為CORS站建立提供了理論基礎(chǔ)。