RTK定位技术是利用全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)由于实时动态相对定位的技术，RTK定位技术具有实时性好、位置精度高地形测图、施工放样等领域不可缺少的设备。

传统的RTK定位技术位技术时，首先需要手动设置基准站，然后以数据链的形式在基准站和移动站之间传输差异数据[2]。然而，有效的运行距离通常只有10个 km同时，在操作过程中被树木和建筑物遮挡，导致数据传输不稳定，降低定位精度。

随着国家信息化的提高和计算机网络和通信技术的快速发展，许多城市建立了连续运行参考站(Continusly Operating Reference Station，CORS)系统[3]。本文结合传统数据传输方式的不足CORS系统实现了高精度的系统RTK定位技术。该技术采用3G网络通信技术建立了数据传输链路，使数据传输更加稳定可靠，传输距离更远，网络设备功耗低，结构小，操作方便。

RTK技术的基本原理是基于实时处理的两个测量站的载波相位。首先，基准站将观测到的载波相位测量值和自己的坐标信息通过数据链实时发送到移动站。移动站接收GPS卫星信号的载波相位和基准站的载波相位测量值利用基准站与流站之间观测误差的空间相关性，减少流站观测数据中的大部分误差，形成实时处理的相位差观测值，解决观测点的坐标[4]。RTK定位技术的原理框图如图1所示。

2 系统结构设计与功能概述

根据RTK系统结构中的三个核心模块是：微处理器模块，GPS模块、3G网络模块。电源模块主要是为系统各模块提供安全可靠的电源保障。各模块的连接如图2所示。

2.1 S5PV210微处理器

本系推出的S5PV210应用处理器[5]，S5PV210采用了ARM CortexTM-A8内核，ARM V7指令集主频可达1 GHz，具有 ** 32/32位内部总线 KB512 KB二次缓存可实现2 000 DMIPS(每秒2亿条指令集)高性能操作能力。终端机使的Tiny210核心板搭载S5PV210处理器，256 MB容量的DRAM、1 GB的NAND Flash存储芯片，其丰富的外设接口便于数据处理和人机命令交互。

2.2 GPS模块

本系统的GPS高性能的模块采集BD970板卡具有原始数据质量好、定位精度高的特点[6]，主要用于接收卫星信号，输出接收到的卫星历数据和观测数据，能够满足用户对多系统多频点数据处理的要求。热启动时间小于8 s， 重捕时间小于0.1 s，功耗仅215 mW，结构小，性能优异，非常适合在对功耗和体积要求较高的嵌入式系统中使用。

2.3 3G网络模块

实现数据链系统又称数据传输系统RTK定位技术的关键部分。其主要功能是完成RTK终端机与CORS中心数据交互。现在移动互联网覆盖面很广，MU基于低功耗设计理念的709网络模块，睡眠模式电流仅为1 mA，且内部整合TCP/IP协议和扩展TCP/IP协议，用AT命令很容易操作[7]。安装在网络模块中SIM卡，利用3G网络通信技术实现与CORS无线通信中心。

3 软件系统设计

该系统设计的功能是3G网络传输技术取代了传统的无线电传输技术，保证了数据的稳定性和远程传输，提高了定位精度。该系统运行在高稳定性和实时性的嵌入式系统中 Linux主要包括：主控程序，GPS数据处理软件设计、差分数据处理软件设计、数据交互软件设计。

3.1 主控制程序

主控程序在系统上电启动后开始执行，系统首先初始化。GPS模块的初始化主要是串口UART0初始化，即设置UART0传输帧格式和波特率。根据 BD设置970板卡硬件特性UART0波特率为11 520 bit/s， 8个数据位，无奇偶验证位，1个停止位。如果接收到GPS数据处理；否则，重新设置串口并接收数据。

在Linux当系统启动时，读取脚本程序，启动3G执行网络模块ppp拨号上网连接CROS此时，系统中心服务器需要验证用户信息的帐户和密码，并在成功后建立连接，否则下一个连接将被重新连接。初始化完成后，进入下一个差分数据处理部分。主控制程序的流程图如图3所示。

3.2 GPS数据处理模块

该模块的目的是实现定位信息分析。BD970板卡按照NEMA-0813通信标准格式输出定位信息，输出数据采用ASCII代码、句子分类包含$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV等。其中GPGGA 句子是使用最广泛的数据之一，包括17个字段：句子标志头、世界时间、纬度、纬度半球、经度、经度半球等，最终标记为回车符和换行符，分别用14个逗号分开[9]。该系统主要采用GPGGA语句包含系统定位所需的信息，因此只需读取GPGGA语句即可。

通过串口接收微处理器BD如果将970的原始数据保存到缓冲区，则以GPGGA以开头和结尾，数据验证位置正确，可判断为完整有效的数据信息，然后进行下一步的数据分析处理。如果不符合上述规定，则丢弃判断为无效数据，并继续判断接收到的数据。GPS如图4所示。

3.3 差分数据处理模块

Ntrip(Networked Transport of RTCM via Internet Protocal)是目前CORS该系统的主要数据传输协议可以在因特网上传输RTK基于数据HTTP协议的一般协议也是基于网络的TCP/IP协议基于协议，HTTP对象为GPS数据流[3]。

Ntrip网络主要由客户端、服务器和数据处理中心三部分组成。这里的Ntrip客户和Ntrip服务器只相当于HTTP连接中的客户端，Ntrip处理中心是响应它们的服务处理器。在CORS网络中，Ntrip客户端是指收到RTK使用数据流的移动站设备Ntrip配置处理中心IP通过互联网连接到地址Ntrip处理中心。差分数据处理流程图如图5所示。首先，用户需要将账户和密码发送到控制中心进行用户访问，移动站可以要求差分数据。然后从缓冲区分析差分数据是否有效，判断验证位置是否正确。如果符合要求，保存定位信息，否者，重新向前CORS中心要求差分数据。

3.4 数据交互模块

本部分主要采用蓝牙通信技术实现RTK终端与用户之间的数据交互[10]：终端实时将最终定位结果发送给用户，用户也可以通过蓝牙向终端发送操作指令。

由于位板卡解决输出定位结果的速率不同于蓝牙的数据输出速率，设计了多线程模型，结合带锁的循环队列缓存数据，以避免数据覆盖和丢失。当有数据到来时，写线程就在队列尾部获得互斥锁并将数据写入缓存，当一条完整的定位数结写完后立即释放互斥锁。此时，读取线程将在队列头部获得互斥锁，读取完整数据，然后通过蓝牙发送并释放互斥锁。如图6所示。

4 结果分析

选择重庆邮电大学逸夫科技楼作为终端在实际应用环境中的可用性和稳定性。分为无遮挡和有遮挡两种情况。将终端放置在无遮挡的空旷区域工作，将在逸夫科技楼顶进行。将终端放置在逸夫科技楼前的大树旁，作为遮挡。在室外定位测量和保存最终定位数据，然后在上位机中分析定位数据的精度。为了保证每次的独立性，关机后再开始下一次。

4.1 实现固定时间分析

RTK当终端的定位结果达到固定解时，输出数据是有效的，因此实现固定解所需的时间是衡量终端性能的重要指标。最终定位结果中的第六个字段表示GPS状态，0表示不定位，4表示固定解，5表示浮点解。

终端观察到一组GPS数据对应的时刻叫历元，每隔1次左右 s一组可以观察到GPS在实际测量过程中，用观测到的历元数来表示终端的工作时间。图7显示了在没有屏蔽的情况下达到固定解所需的时间状态输出有效数据，并始终处于固定解状态。图8显示了固定解所需的时间，终端机会在浮点解状态下持续一段时间(10 s左右)，然后达到固定解状态，输出有效数据，并始终处于固定解状态。结果表明，当卫星信号和数据传输链被屏蔽时，终端也可以在短时间内实现固定解，满足实际需求。

4.2 定位精度分析

在定位精度方面，需要分析接收器在固定解后输出的定位数据。将每组数据的所有固定解的平均值作为位置的理论值，然后计算每组数据的定位结果和理论值的偏差值和最大偏差值MATLAB经过分析，得到图9和图10所示的结果。

在不同的环境在不同的环境中，每组数据的采集时间约为5 min(约300个历元)。通过表1统计分析无遮挡结果，通过表2统计分析有遮挡结果。

从分析表1和表2中的偏差平均值可以看出，两种情况下的整体定位结果相对稳定，误差非常接近，均为1 cm在允许的误差范围内。

通过分析表1中的最大偏差值，波动小，定位精度高，最大偏差值约为2 cm，但在允许的误差范围内，历元的误差大多为厘米级。通过分析表2中最大偏差值可以看出，当有屏蔽时，由于会影响接收到的卫星信号，部分时间会影响差分数据的传输，导致定位误差波动。因此，在这个过程中有时会有很大的波动，最大偏差值约为2.9 cm，波动范围在精度允许范围内。

一般来说，无论是无屏蔽的环境还是有屏蔽的环境，在定位结果的过程中都会有一定的波动，但整体实验结果表明，基于BD970板卡的RTK定位系统可以达到厘米级的定位精度，地球测量所需的位置精度也是厘米级。

5 结论

针对地理环境、有效距离、气象等因素容易影响无线电传输差分数据的问题，本文基于Linux嵌入式平台实现了实用性RTK技术，将GPS定位技术与3G无线通信技术结合开发完成RTK终端系统提高了差分数据传输的可靠性和稳定性，提高了定位精度。利用蓝牙通信技术提供良好的用户体验，实现可视化功能。采用高性能嵌入式技术实现了小型化、集成化，提高了系统的智能化程度，方便操作。通过对不同环境的分析，本文实现了结果RTK定位系统是可行的无遮挡、无遮挡的应用场景下稳定性高，可提供cm级高精度定位结果，满足地球测量等实际应用的需要。该设备体积小，功耗低，便于安装在小型无人机等载体上进行定位导航，应用前景广阔。

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