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、計算機網(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)的測量手段，被廣泛應(yīng)用于測繪工程、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)代測繪行業(yè)提供了精度更高、可靠性更強、操作更加簡單快捷的技術(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)，在一個城市、一個地區(qū)或一個國家，根據(jù)需求按一定距離建立常年連續(xù)運行的一個或若干個固定的GPS參考站，利用計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)（LAN / WAN）技術(shù)將各個參考站與數(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)軟件進行處理，然后向各種用戶自動地發(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)，并對用戶進行有效管理。系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心主要實現(xiàn)定位數(shù)據(jù)分析、處理、計算和存儲，并且通過建立相應(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，主要由若干個參考站構(gòu)成，并且每個參考站贏包括GPS接收機、天線、電源、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機柜和避雷系統(tǒng)等設(shè)備，它主要實現(xiàn)連續(xù)對GPS衛(wèi)星進行定位跟蹤、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接收機和通信模塊組成。用戶通過天線接收GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并用接收機進行數(shù)據(jù)存儲和處理，通過通信模塊把數(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)通訊鏈來獲取精確定位的網(wǎng)絡(luò)TRK技術(shù)。目前國際上的主流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)法在流動站附近虛擬建立一個參考站，并根據(jù)周圍各參考站上的實際觀測值算出該參考站上的虛擬觀測值，以此對流動站定位，其工作原理是：移動站用戶在工作之前，首先由移動用戶向數(shù)據(jù)處理中心發(fā)送一個自身的概略坐標(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，由計算機系統(tǒng)自送選擇一組最佳參考站，由這組參考站參與整體計算得GPS的軌道、電離層和對流層等誤差改正，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，利用參考站的實時觀測數(shù)據(jù)對覆蓋區(qū)域進行系統(tǒng)誤差建模，盡可能的消除電離層、對流層延遲對定位精度的影響，獲得厘米級實時定位結(jié)果。其網(wǎng)內(nèi)平均平面點位精度小于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，完全可以運用在地籍測量、城市建設(shè)等工程及日常基礎(chǔ)測繪工作中。

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簡化處理，得到一公共的整周模糊度水平，對于GPS衛(wèi)星與接收機來說，由于整周模糊度己經(jīng)在相位距離中被處理了，因此當(dāng)兩個參考站組成雙差時，就會消除掉整周模糊度，此時，就可以認(rèn)為這兩個參考站有相同的公共整周模糊度水平。通過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公共的水平，完成處理后就可以計算每個衛(wèi)星接收機的彌散性誤差，以及每個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站最近的那個參考站。當(dāng)主參考站的數(shù)據(jù)不可用或者無法獲取主參考站的數(shù)據(jù)時，任何一個輔站都可以作為主站。控制中心發(fā)給流動站得改正數(shù)包含參考站的所有觀測數(shù)據(jù)，所以流動站即使無法解讀網(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)中的每個參考站在采集每個瞬時的同步觀測值的同時，便實時地將觀測值傳到數(shù)據(jù)處理中心，也就是說參考站所得的觀測值在參考站沒有進行差分計算。數(shù)據(jù)處理中心在接受到來自各參考站的原數(shù)據(jù)后通過系統(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)的所有流動站來參與空間位置的解算。出于數(shù)據(jù)保密考慮，在使用過程中，用戶必須附加解譯軟件的設(shè)備。因此這種作業(yè)方法對用戶流動站要求高，使用復(fù)雜，在市場上普及率較低[29]。

四 小結(jié)

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