基于CORS系统的的“5G 北斗”高精度定位方案研究.pdf
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1、Vol.43No.3Sep.2023Shandong Communication Technology山东通信技术第43卷第3期2023年9 月基于CORS 系统的的“5G+北斗”高精度定位方案研究马丹1,王凯,李凤花,王道玉,马云刚2(1.中国联通山东省分公司,山东济南2 50 10 1;2.山东省邮电规划设计院有限公司,山东济南2 50 10 1)摘要:本研究介绍了CORS的系统构成、组网原则、站址选取及设备选型,提出了北斗地基增强基准站的建设方案,结合实际应用案例,验证了“5G+北斗”方案的可行性,为5G行业应用方面提供了参考。关键词:5G;北斗;CORS;定位服务;垂直行业1引言通信基
2、站的粗定位系统,具备3/4/5G基站粗定位服务能力,CELL-ID定位精度与小区覆盖范围相关,定位能力有限,室外定位精度约为2 0 0 50 0 m,室内工业场景可达13m。粗定位系统无法满足垂直行业的要求。结合当前5G行业应用的关键需求,某运营商聚焦“5G+北斗”高精度定位服务,在全省建设北斗地基增强基准站,通过测试验证,能够面向行业客户提供动态厘米级、静态毫米级的北斗精准定位服务。本文介绍了CORS系统的实现原理、系统构成、组网方式等,提出了北斗地基增强基准站的建设方案,结合实际应用案例分析,验证了“5G+北斗”的高精度定位服务能力。2CORS系统介绍2.1北斗地基增强系统(1)北斗地基增
3、强系统简介北斗地基增强系统利用地面北斗基准站接收导航信号,然后传输至数据综合处理系统进行处理,处理后的北斗导航卫星精密轨道和种差、电离层修整数、后处理数据产品等信息通过卫星、数字广播、移动通信等实时播发给用户。同时,增强系统提供后处理数据产品的互联网下载服务,可满足北斗卫星导航系统服务范围内的广域米级和分米级、区域厘米级的实时定位和导航需求,以及后处理毫米级定位服务需求。连续运行参考站系统(ContinuousOperationalRef-erence System,CORS)是一个或若干个固定的、连续运行的GNSS参考站,利用计算机、数据通信和互联网技术组成的网络,通过GSM/GPRS无线电
4、话或互联网,向不同类型、不同需求、不同层次的用户实时、自动提供经过检验的不同类型的GPS观测值(载波相位、伪距等)的各种改正数、状态信息,以及其它有关GPS服务项目的系统(2)网络CORS技术算法CORS系统的技术算法采用VRS技术。VRS(Virtu-al Reference System)即虚拟参考站系统,是一种网络实时动态测量(RTK)技术。通过与流动站相邻的各参考站之间的基线计算估计各项误差,中心控制站根据三角形插值方法建立一个对应于流动站点位的虚拟参考站,将这个虚拟参考站的改正数信息传输给流动站,然后流动站结合自身的观测值,实时解算出流动站的精确点位。技术流程如图1所示。收稿日期:2
5、 0 2 3-0 7-31作者简介:马丹(19 8 2-),女,高级工程师,硕士,研究方向为移动通信工程规划设计,E-mail:2023年山东通信技术终端开始作业基准站1终端上报单点位盟1RTCH1服务器根招位量生产VRS站VRSORTK终端NUE人服务器同传RTCM差分服务器(数据中心)一1终端结合差分数据及卫星数招解算工基准站3终端精准位量图1虚拟参考站技术流程图备注:1.终端作业连续实时不间断;2.终端到服务器的延时在1s以内;3.服务器到终端的延时在1s以内。2.2CORS系统组成CORS系统由基准站子系统、通讯子系统、数据中心子系统、用户子系统四部分组成,如图2 所示。城名客户服务准
6、站网GPRS/GSMWGNSS数据服务中心1专用高速光纤8实时RTK.RTDJPPP服务ADSL1GPRS无线数据下发服务Web网站服务基准站子系统通讯子系统?数据中心子系统?用户子系统图2 CORS系统组成图各子系统功能说明如下:(1)CO RS 基准站子系统(RSS):主要功能是通讯系统卫星定位数据跟踪、采集、传输和系统可靠性(完备性)监测。(2)通讯子系统(DCS):按照用户需求提供不同精度的定位、导航、数据服务。(3)数据中心子系统(SMAC):接收并控制各基准站发回的数据,检查各基准站工作状况,对数据进行分析、处理、存储、管理,形成一定格式的数据文件,发送给用户。(4)用户子系统(U
7、AS):将基准站观测数据传到数据中心;差分数据实时广播给用户;卫星数据通过互联网发布。2.3CORS系统网络拓扑CORS系统建设包括平台建设、基准站网覆盖两大部分。CORS平台完成信号接人、存储、解算和差分信息播发,以及设备管理。基准站基于现有机房完成建设部署,使用IPRAN加IP承载B网VPN专线,完成基准站人网,上联至CORS平台,基于平台控制,完成基准站网格构建,完成网络覆盖。网络拓扑图如图3所示。增强卫星定位系统AGNSSAGNSS1A用户面定位控制面定位B1服务器服务罐1定位能力层基准站网1AAR1管平台CORS发插平台ARTK解算平台接入层BC1CORS基准站图3CORS系统网络拓
8、扑图2.4网络数据流CORS系统的数据流可以分为内部数据流和外部数据流两类(相对系统用户而言)。内部数据流是指在系统内部交换的流量数据,主要特点是不对外公开;外部数据流是系统与系统用户间进行交换的流量数据。这两类数据通过整个系统的各子系统进行处理变换。系统总体数据流程图如图4所示。WWTFTP服务GPS观数据RINEX气象数据RTCXDGPSRTCVRTK网络RTKSMAC虚拟VRSRSSDCS完好性信息定好性信息后处理用户控制命令NMEA0183Internet内纪数据流外品数据流图4系统总体数据流程图2.5软件设计CORS系统的系统软件设计按照ISO规范根据功能分为数据层、服务层、运用层设
9、计。(1)数据层软件主要进行数据采集、数据流控制,包括参考站接收机内部控制的Web管理系统软件,对接收机进行综合管理的软件,对接收机实时数据流进行分发控制的软件,以及从IGS网站下载精密星历的软件等。(2)服务层软件主要是对数据进行综合分析利用,提供数据成果服务。本系统中包括虚拟参考站服务器软件、坐标转换加第3期马丹,等:基于CORS系统的“5G+北斗”高精度定位方案研究密服务软件等。(3)运用层软件主要指利用服务层提供的数据进行运用的软件。本系统包括运用实时数据辅助GPS/RTK接收机测量软件、运用参考站静态数据进行基线解算软件等。CORS系统的系统类软件与用户软件的分类如表1所示。表1软件
10、分类表类别模块名称功能数据库软件数据库平台生成综合误差网络RTK计算软件系统类软件内插信息精密解算系统精密事后处理软件框架坐标用户软件框架坐标转换软件系统坐标转换3CORS基准站建设方案3.1CORS基准站单站系统网络CORS系统由多个基准站单站系统组成。基准站单站系统通过IPRAN与IP承载B网VPN专线上联至CORS平台;基于平台控制,完成基准站网格构建,形成网络覆盖2 。CORS基准站单站系统图如图5所示。人钱一R星格心-481地线口GEHIPR.AN接收机图5CORS基准站单站系统图接口需求:(1)接收机与GNSS天线之间采用馈线BNC接口。2)接收机与IPRAN设备之间采用GE接口。
11、3.2CORS基准站设备组成CORS基准站主要由GNSS接收机、GNSS天线、防雷系统以及供电系统设备组成,如图6 所示。1中南达蓄电池组220V市电避雷针GNSS天线1UPS供电1一馈线+11参考站接收机1网线111路由器光纤1室外设备牢内设备图6 基准站网子系统组成示意图本方案中GNSS基准站接收机相关技术指标如表2所示。表2 基准站接收机相关指标类别指标配置北斗二号:B1I、B2 I、B3I北斗三号:B1c、B2 a全星座,支持北斗三号GPS:L1、L2、L5GLONASS:L1、L2Galileo:E1/E5a/E5b高稳定性MTBF大于2 2 0 0 h数据安全性数据加密传输和加密存
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