连续运行基准站系统CORS综述

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1、连续运行基准站系统CORS综述（丁俊杰 胡昌华）http:/时间：2009-02-26 13:49:00来源：黄河规划设计2008年第4期区放大旧缩小圈打印摘 要随着GNSS卫星定位应用的普及，CORS作为其重要的基础设施，支持 的定位服务模式越来越丰富。当前国内CORS基准站（网）越来越多，CORS能实时地 向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供GPS观测值（载波相位，伪距）， 各种改正数、状态信息，以及灵活多样的定位服务，且很好的解决了长距离、大规模 的从米级到毫米级别精度需求的GNSS定位问题。本文主要详细阐述了 CORS的概念、组成和定位模式，总结CORS模式下定位的合 理性、

2、先进性和存在的问题。关键词CORS GPS定位原理 定位模式 优缺点1引言随着全球卫星导航定位系统（Global Navigation Satellite System，简称GNSS）、 计算机、数据通信和互联网络（LAN/WAN ）等技术的不断发展成熟，连续运行基准站系 统（Continuous Operational Reference Systems, 简称 CORS）应运而生。CORS 很好的 解决了长距离、大规模的厘米级高精度实时定位的问题，CORS在测量中扩大了覆盖范 围、降低了作业成本、提高了定位精度和减少了用户定位的初始化时间。CORS的出现 又将使测量进行一次变革，那么COR

3、S是如何来定位，又能提供哪些定位模式及各种定 位又有哪些优越性，这就是本文要进行探讨的问题。2 CORS的发展现状CORS的理论源于上世纪八十年代中期加拿大提出的“主动控制系统（Active Control System, ACS） ”。该理论认为GPS主要误差源来自于卫星星历，D .E .Wells 等人提出利用一批永久性参考站点，为用户提供高精度的预报星历以提高测量精度。之 后基准站点（Fiducial Points ，FP）概念的提出，使这一理论的实用化推进了许多，它 的主要理论基础即在同一批测量的GPS点中选出一些点位可靠，对整个测区具有控制 意义的测站，采取较长时间的连续跟踪观测，通

4、过这些站点组成的网络解算，获取覆 盖该地区和该时间段的“局域精密星历”及其他改正参数，用于测区内其它基线观测 值的精密解算。CORS是目前国内乃至全世界GPS的最新技术和发展趋势，发达国家基 本上每几十公里就有一个站，发展中国家也在陆续地建立起CORS。当前国外美国连续 运行基准站网系统（CORS ）、加拿大的主动控制网系统（CACS ）、日本GPS连续应变 监测系统（COSMOS ）、澳大利亚悉尼网络RTK系统（SydNet ）、德国卫星定位与导航 服务系统（SAPOS ）都已投入使用；国内而言，继深圳率先建立CORS以来，CORS热潮 不断，北京、上海、成都、青岛、武汉、天津、昆明等地也都

5、先后建立了市级CORS。3 CORS的定位原理及模式3.1 CORS的概念连续运行参考站系统（Continuously Operating Reference System, 简称 CORS） 可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GPS参考站，利用现代计算机、数据通 信和互联网（LAN / WAN）技术组成的网络，实时地向不同类型、不同需求、不同层次的 用户自动地提供经过检验的不同类型的GPS观测值（载波相位，伪距）,各种改正数、 状态信息，以及其他有关GPS服务项目的系统。3.2 CORS的构成CORS主要由以下几个子系统构成：控制中心、固定参考站、数据通讯和用户部分。（1）控制中心控制

6、中心是整个系统的核心，既是通讯控制中心，也是数据处理中心。它通过通 讯线（光缆，ISDN，电话线等）与所有的固定参考站通讯；通过无线网络（GSM、CDMA、 GPRS等）与移动用户通讯。由计算机实时系统控制整个系统的运行，所以控制中心的 软件既是数据处理软件，也是系统管理软件。（2）固定参考站固定参考站是固定的GPS接收系统，分布在整个网络中，一个CORS网络可包括 无数个站，但最少要3个站，站与站之间的距离可达70km（传统高精度GPS网络，站 间距离不过1020km）。固定站与控制中心之间有通讯线相连，数据实时地传送到控 制中心。（3）数据通讯部分CORS的数据通讯包括固定参考站到控制中心

7、的通讯及控制中心到用户的通讯。参 考站到控制中心的通讯网络负责将参考站的数据实时地传输给控制中心；控制中心和 用户间的通讯网络是指如何将网络校正数据送给用户。一般来说，网络RTK系统有两 种工作方式：单向方式和双向方式。在单向方式下，只是用户从控制中心获得校正数 据，而所有用户得到的数据应该是一致的，如主辅站技术MAX ；在双向方式下，用户 还需将自己的粗略位置（单点定位方式产生）报告给控制中心，由控制中心有针对性地 产生校正数据并传给特定的用户，每个用户得到的数据则可能不同，如虚拟参考站VRS 技术。（4）用户部分用户部分就是用户的接收机，加上无线通讯的调制解调器及相关的设备。CORS的工作

8、流程图如图1所示：3.3 CORS的理论类型3.4 CORS支持下的定位模式单基站系统：就是只有一个连续运行站。类似于一加一的RTK,只不过基准站由一 个连续运行的基准站代替，基准站上有一个控制软件实时监控卫星的状态，存储和发 送相关数据。多基站系统：分布在一定区域内的多台连续观测站，每一个观测站都是一个单基 站，同时每一个单基站还有一个中央控制计算机控制。3.4.1 DGPS差分GPS (Differential GPS , DGPS )要求至少有两台接收机，一台固定，一台 用于流动定位。固定的接收机是关键，流动站以它作为参考站来进行GPS卫星测量。 根据差分GPS参考站发送的信息方式可将差

9、分GPS定位分为三类，即:位置差分、伪距 差分、相位差分。这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由参考站发送改正数， 由用户流动站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是， 发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。3.4.2 RTKRTK技术(Real Time Kinematic ，RTK)又称为载波相位差分技术，是建立在实 时处理两个测站的载波相位基础上的，它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米 级的高精度。与伪距差分原理相同，由参考站通过数据链实时将其载波观测量及参考 站坐标信息一同传送给用户站。用户站一方面通过接收机接收GPS卫星的载波相位， 同时通过

10、无线电接收设备接收参考站传送的信息，根据相对定位原理组成相位差分观 测值进行处理，实时地以厘米级的精度给出用户站三维坐标。载波相位差分GPS有两种定位方法:改正法和求差法。前者与伪距差分相同，参 考站将载波相位的改正量发送给用户站，对用户站的载波相位进行改正，然后求解坐 标。后者是将参考站的载波相位发送给用户站，并由用户站将观测值求差进行坐标解 算。3.4.3 网络 RTK网络RTK也称多基准站RTK,是近年来在常规RTK、计算机技术、通讯网络技术的 基础上发展起来的一种实时动态定位新技术。网络RTK系统是网络RTK技术的应用实 例，它由基准站网、数据处理中心、数据通讯链路和用户部分组成。一个

11、基准站网可 包含若干个基准站，每个基准上配备有双频全波长GNSS接收机、数据通讯设备和气象 仪器等。基准站的精确坐标一般可采用长时间GNSS静态相对定位等方法确定。基准站 GNSS接收机按一定采样率进行连续观测，通过数据通讯链路实时将观测数据传送给数 据处理中心，数据处理中心首先对各个站的数据进行预处理和质量分析，然后对整个 基准站网数据进行统一解算，实时估计出网内的各种系统误差的改正项(电离层、对 流层和轨道误差)，建立误差模型。网络RTK系统根据通讯方式不同，分为单向数据 通讯和双向数据通讯。单向数据通讯中，数据处理中心直接通过数据发播设备把误差 参数广播出去，用户收到这些误差改正参数后，

12、根据自己的位置和相应的误差改正模 型计算出误差改正数，然后进行高精度定位。双向数据通讯中，数据处理中心实时侦 听流动站的服务请求和接收流动站发过来的近似坐标，根据流动站的近似坐标和误差 模型，求出流动站处的误差后，直接播发改正数或者虚拟观测值给用户。基准站与数 据处理中心间的数据通讯可采用数据网DDN或无线通讯等方法进行。流动站和数据处 理中心间的双向数据通信则可通过GPRS、CDMA等方式进行。单基准站系统虽说比常规RTK有所改进，但还是不能解决向长距离定位等问题， 多基准站系统在作业过程中，用户站从一个参考站的有效精度范围进入另一个参考站 的精度范围，严格意义上讲还是属于常规RTK，如果要

13、使基线精度优于3厘米，需要 在一个区域内密集的布设参考站，站间距离应小于30km。精度随着基线的增长而衰减， 且分布不均匀，如果要求按一定精度覆盖整个区域，需要架设较多的参考站。需要的 投资也是巨大的。我们完全可以在一个较大的范围内均匀稀松的布设参考站，利用参 考站网络的实时观测数据对覆盖区域进行系统误差建模，然后对区域内流动用户站观 测数据的系统误差进行估计，尽可能消除系统误差影响，获得厘米级实时定位结果， 网络RTK技术的精度覆盖范围大大增大，且精度分布均匀。网络RTK系统基准站数据 可以为各种用户提供GPS原始数据服务；网络RTK分米级实进定位可以满足城市和市 政测图、资源管理、精细农业

14、、环境监测、水利测量、车辆自动定位导航系统、GIS、 资产和市政管理等；网络RTK厘米级高精度定位可以满足地籍测量、建筑放样和施工 控制、港口和受限制水道的精密导航、线路道路测量、高精度资产管理、地形测量和 工程测量、油气勘探等。3.4.4 VRS与常规RTK不同，VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信 息，而是将所有的原始数据通过数据通讯线发给控制中心。同时，移动用户在工作前， 先通过GSM的短信息功能向控制中心发送一个概略坐标，控制中心收到这个位置信息 后，根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定基准站，根据这些站发来的信 息，整体的改正GPS的轨道误差、电离层、对流

15、层和大气折射引起的误差，将高精度 的差分信号发给移动站。（见图3）这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成 一个虚拟的参考基站，从而解决了 RTK作业距离上的限制问题，并保证了用户的精度。图3 VRS原理图硕$*EWAY woi伽1火时倾i布初an声闷畦华s知?孕枷图4两种模式下成果较差（单位：米）虚拟参考站（VRS）具有的优势是：它只需要增加一个数据接收设备，不需增加用 户设备的数据处理能力，接收机的兼容性比较好；允许服务器应用整个网络的信息来 计算电离层和对流层的复杂模型；在整个VRS生产步骤中对流层模型是一致的，消除 了对流层误差；虚拟参考站系统的另一个显著优点就是它的成果的可靠性、信

16、号可利 用性和精度水平在系统的有效覆盖范围内大致均匀，同离开最近参考站的距离没有明 显的相关性。但VRS技术要求双向数据通讯，流动站既要接收数据，也要发送自己的定位结果 和状态，每个流动站和数据处理中心交换的数据都是唯一的，这就对系统数据处理和 控制中心的数据处理能力和数据传输能力有很高的要求。由于通讯技术和计算机技术 发展较快这些问题影响也不大，VRS技术目前应用得比较广泛，可以说网络RTK技术 的一个代表。3.4.5组合定位模式CORS的各基站都在连续的观测和不停的播发各种改正数，那对于条件较差的地区 可采各种定位模式的组合定位，如采用VRS+DGPS，有利于改善观测条件，提高点位精 度。组合模式定位的理论有待进一步的研究。4 CORS在工程控制网中应用当前全国各地众多测绘任务中，测区