南方连续运行卫星定位服务系统

南方连续运行卫星定位服务系统广州南方测绘仪器有限公司二OO八年元月目

录第一章、CORS的产生

51.1、传统的RTK测量

51.2、网络RTK测量方式

61.3、南方CORS方案

11第二章、南方单基站CORS系统

132.1、单基站CORS的优势

132.2、单基站方案的目标与内容

142.3、系统性能指标

142.4、系统原理和结构

152.5、单基站CORS的系统构成

16第三章、南方多基站CORS系统

203.1、系统建设目标

203.2、系统指标

203.2.1、技术指标

203.2.2、性能指标

213.3、系统原理和构成

213.3.1、系统原理

213.3.2、系统构成

213.4、系统作业流程

23第四章、南方网络CORS系统软件—VENUS

244.1、VENUS数据处理模块

244.1.1、参考站网络解算模块

244.1.2、虚拟参考站改正数生成模块

244.1.3、虚拟参考站改正数发布模块

254.2、VENUS功能模块

254.2.1、服务器管理模块

254.2.2、网络管理模块

254.2.3、用户管理模块

264.2.4、星历监控模块

26第五章、南方单基站CORS的建站流程

265.1、基准站结构

26附：电涌防护

295.2、基准站建设规程

305.2.1基准站观测墩建设

305.2.2防雷设备安装

345.3、网络连接

355.4、CORS基准站软件设置

365.4.1BASETRANS设置

365.4.2EAGLE设置

405.5、精度评定

425.6、升级方案

43连续运行参考站系统（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。与传统的GPS作业相比连续运行参考站具有作用范围广、精度高、野外单机作业等众多优点。随着国家信息化程度的提高及计算机网络和通信技术的飞速发展，电子政务、电子商务、数字城市、数字省区和数字地球的工程化和现实化，需要采集多种实时地理空间数据，因此，中国发展CORS系统的紧迫性和必要性越来越突出。几年来，国内不同行业已经陆续建立了一些专业性的卫星定位连续运行网络，目前，为满足国民经济建设信息化的需要，一大批城市、省区和行业正在筹划建立类似的连续运行网络系统，一个连续运行参考站网络系统的建设高潮正在到来。当前国内不同行业建设的网站系统基本上还是独立运行的，很多单位的数据只在本单位甚至是本部门内共享和利用。目前国内市场上的连续运行参考站的建站方案动则百万甚至上千万的资金投入相对于这些小规模的应用对连续运行参考站的需求而言就显得投入与产出太过于失衡，导致许多行业与单位只能对连续运行参考站系统望而怯步。针对这种情况，我们提出了“服务现在、面向未来的可拓展的SOUTH-CORS解决方案”。SOUTH-CORS提供了从单基站、到多基站以及多基站网络系统的一整套解决方案。SOUTH-CORS单基站可无缝升级到网络参考站，这种可拓展的方案使得不同的用户单位可以根据自身的需求选择最佳的解决方案。SOUTH-CORS网络参考站利用实时观测数据对覆盖区域进行系统综合误差建模，然后对区域内流动用户站观测数据的系统综合误差进行估计，尽可能消除系统综合误差影响，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。常规RTK技术是一种采用载波相位观测值进行实时定位的GPS相对定位技术,该技术需要一个用户本地参考站。动态用户进行常规定位时,参考站观测的载波相位同步观测值（根据需要有时需包括伪距观测值）以及参考站坐标通过可靠的数据通信链路实时播发给用户。动态用户根据当前载波相位观测值（以及伪距观测值）和广播星历进行实时相对定位。根据己知的参考站精确坐标,可以计算用户瞬时位置。常规RTK技术是建立在相对定位中流动站与参考站之间误差强相关假设基础之上的。即通过同步载波相位观测值进行差分（一般采用双差观测值），消除流动站与参考站共有的相关系统误差其结果是消除卫星钟差、接收机钟差，削弱卫星星历误差、电离层延迟误差以及对流层误差影响。常规RTK技术极大的方便了需要动态高精度服务的用户，但随着流动站与参考站之间距离的增加，问题便随之产生。由于差分技术的前提是作差分的两站的卫星信号传播路径相同或相似,这样,两站的卫星钟差、轨道误差、电离层误差、对流层误差均为强相关,所以这些误差大部分可以消除,要到达1-2厘米级实时（单历元求解）定位的要求,用户站和参考站的距离需小于10km,当距离大于50km,以上误差的相关性大大减少,以致差分之后残差很大,求解精度降低,一般只能达到分米级基线精度。常规RTK系统的数据传输多采用UHF和VHF电台播发RTCM差分信号,由于电台信号的衍射性能差,而且都是站间直线传播,这要求站间的天线必须“准光学通视”,所以在城市、丘陵、山区实施RTK作业很不方便，经常发生能收到卫星，但是收不到电台信号的问题。当流动站与参考站间距离较近（即观测基线较短）,如参考站10km范围内,上述系统误差强相关假设成立,常规RTK利用几个甚至一个历元观测资料就可以获得厘米级定位精度。但是，随着流动站与参考站间距离增大，上述系统误差相关性减弱，双差观测值中的系统误差残差迅速增大，导致难以正确确定整周模糊度，无法取得固定解。同时定位精度迅速下降，当流动站与参考站间距大于50km时,常规RTK单历元解精度仅为分米级。在这种情况下,使用常规RTK技术将无法得到更高精度的定位结果。测量过程中,需要不断设置和更换基准站。在建立基准站时，由于操作和外界环境的原因含有潜在的粗差。对于精度要求较高的测量，这种粗差对最终结果的精度影响也不可忽视。而且经常需要搬动基准站将导致生产效率和设备安全性不高，同时基准站不能有稳定的供电也是一个问题。为了解决常规RTK所存在的缺陷,达到区域范围内厘米级、精度均匀的实时动态定位,网络RTK技术应运而生。网络RTK技术就是利用地面布设的一个或多个基准站组成GPS连续运行参考站（CORS），综合利用各个基站的观测信息,通过建立精确的误差修正模型,通过实时发送RTCM差分改正数在修正用户的观测值精度,在更大范围内实现移动用户的高精度导航定位服务。网络RTK技术集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理技术和GPS定位技术于一体,是参考站网络式GPS多功能服务系统的核心支持技术和解决方案,其理论研究与系统开发均是GPS技术科研和应用领域最热门的前沿。CORS系统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(ActiveControlSystem)”。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(fiducialpoints)的概念的提出,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。当时实时GPS测量技术尚处于可行性讨论阶段，基准站点概念主要不是为了解决实时GPS测量的，而是为了提高静态基线的解算精度。1995年瑞典与丹麦之间奥雷桑特海峡跨海工程中提出的参考站网设计思想得到了工程方的认可，从而使参考站网测量技术首次得到应用。随后德国两位博士发表了关于虚拟参考站网的论文和案例，提出了FKP（区域改正数法）技术，FKP技术在德国得到应用和推广。随后，天宝收购了这家德国公司，在FKP的基础上研究出了VRS（虚拟参考站技术），瑞士徕卡公司的研究人员在这些成果的基础上也提出了MAX（主辅站技术）。目前应用较广的网技术有虚拟参考站、FKP和主辅站技术。其各自的数学模型和定位方法有一定的差异,但在基准站架设和改正模型的建立方面基本原理是相同的。与常规RTK不同，虚拟参考站网络中，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，移动站用户在工作前，先通过GPRS/CDMA的上网功能向控制中心发送一个概略坐标（GGA数据），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。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。其实虚拟参考站技术就是利用各基准站的坐标和实时观测数据解算该区域实时误差模型，然后用一定的数学模型和流动站概略坐标，模拟出一个临近流动站的虚拟参考站的观测数据，建立观测方程，解算虚拟参考站到流动站间这一超短基线。一般虚拟参考站位置就是流动站登录时上传的概略坐标，这样由于单点定位的精度，使得虚拟参考站到流动站的距离一般为几米到几十米之间，如果将流动站发送给处理中心的观测值进行双差处理后建立虚拟参考站的话，这一基线长度甚至只有几米。对于临近的点,可以只设一个虚拟参考站。开一次机,用户和数据中心通讯初使化一次，确定一个虚拟参考站。当移动站和虚拟参考站之间的距离超出一定范围时，数据中心从新确定虚拟参考站。FKP（区域改正数法）是指利用GPS基准站观测数据(相位观测值和伪距观测值等)及基准站已知坐标等信息，计算得到基准网范围内与时间或空间相关的误差改正数模型，然后利用测量点的近似坐标内插出测量点的误差改正数，将它应用到观测值中，从而消除各种与时间和空间有关的误差，获得高精度的定位结果。FKP和虚拟参考站技术最大的不同就是在定位方法上的不同，一个是利用虚拟观测值和流动站观测值做单基线解算，一个是利用改正后的观测值加入各基准站做多基线解。主辅站技术是在FKP的基础上产生的，数学模型上并没有什么大的区别，不过是在基准站播发基准点坐标信息和改正信息减少了一定的信息量，再有就是“主基准站”的选择以及加入数个条件较好的“辅基准站”做多基线解。参与解算的基站不像FKP那样用到全部的基准站信息，加入了双向通讯可以较好的选择所在的基站群．应用整个网络的基站信息来计算电离层和对流层的复杂模型，改正受外界影响小。采用线性内插用于修正的电离层模型，流动站仅能获取两个站的数据来计算。电离层残差较大。对电离层的改正采取主站改正为主，加入辅站改正参数，改正效果受与主站距离影响较大。消除了对流层误差，在虚拟参考站生产步骤中对流层模型是一致的，改正受外界影响小。存在着服务器和流动站所用对流层模型不一致的危险。改正效果受外界影响大。对电离层的改正采取主站改正为主，加入辅站改正参数，改正效果受与主站距离影响较大。直接消除或削弱，无需借助其他方法不能消除或借助其他方法削弱直接消除或削弱，无需借助其他方法。取距流动站最近的三个基站数据来建立的改正模型全部基站参与数学模型的建立，可能带来冗余数据。根据流动站和参考站的距离选择相应主站和辅站，参与改正。流动站和服务器中心双向通讯服务器中心以广播模式向外发布差分信息支持双向通讯和广播模式数据负荷较小数据负荷较大数据负荷较小无需在流动站上加载改正模型，不限定流动站的型号和品牌需要在加载流动站上加载改正模型，改正计算都在流动站进行加载改正模型和没有加载该模型的流动站，改正效果和作业效率差别较大流动站在拨号后位置发生较大移动，则产生的虚拟参考站与流动站的新位置相关性减弱流动站获得的改正与其移动速度大小关系不大一般情况下流动站移动速度与改正关系不大，特殊有可能发生主站变更的情况虚拟参考站具有的优势是：虚拟参考站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，而相反，FKP在对电离层残差影响的模型化方面能力有限，它用于修正的模型非常简单(大多数情况下仅采用了线性内插，如德国的SAPOS中)，在FKP中，流动站仅能获取两个站的数据来计算大气模型。而主辅站技术中，不用建立电离层和对流层的复杂模型，而是通过主站解算，辅站参数改正，主要受流动站与主站距离影响。虚拟参考站技术的另一个优势是消除了对流层误差，因为正如上面所显示的那样，在整个虚拟参考站生产步骤中对流层模型是一致的。而在FKP和主辅站模式中，则存在着服务器和流动站所用对流层模型不一致的危险。虚拟参考站技术中，流动站承担的计算和常规RTK流动站差别不大，并没有涉及到改正模型的计算；FKP中，大部分改正的计算量都落在了流动站处理器上。主辅站技术中，流动站既可以加载改正模型和也可以不加载，只是不同的流动站，固定解时间和精度有一定差别。虚拟参考站系统中，初始化时间比较稳定，时间较短，主辅站系统中当主站进行切换的时候，初始化时间很长。在同等精度要求情况下，主辅站基站间距一般在50-60公里，虚拟参考站系统基站检举可达70—100公里。在虚拟参考站技术定位中要求具有双向通讯链，而广播模式却不需要双向通讯链。而主辅站技术中，虽然也采取了双向通讯链，但是，采用诸如GPRS和CDMA的双向通讯链是完全可行的，因为蜂窝电话的网络比较完善，而且能够传送流动站接收机所发送(如警告)和接收（如位置特征码）的信息。采用GPRS和CDMA时，服务的付费也在可以接受的范围内。虚拟参考站技术值得争论的一个劣势是：它在支持流动站进行动态应用方面有局限性，特别是在大型网络内，高速运动中进行拨号服务时段。因为在虚拟参考站中，改正信息是在拨号时对初始的流动站位置进行优化而得到的，如果流动站在拨号后位置已经移动了，且移动速度较大，则这种修正对流动站的新位置不一定合适。当然这种效果仅影响长距离高速运动的流动站(前后相差几百米-几公里)。目前的情况来看，国外现有运行较好、规模较大的CORS，采用虚拟参考站技术的比例在一半以上，在国内采用虚拟参考站技术占到更是70%以上。因此，南方通过比较选择，决定采用市场上成熟度最高的虚拟参考站技术，同时也在此基础上做了进一步的创新和拓展。网络CORS技术具体的体现是主控中心的软件，目前南方网络CORS中应用的VENUS软件，是以虚拟参考站技术为核心。它是南方测绘和四川地震局、西南交通大学联合推出，结合中国人的思维方式、作业习惯，加入了对虚拟参考站技术中国式的理解和创新，在功能上、软件操作上将更加适合根据国内市场的需求。目前国内一些省份和大型城市已经建成使用或正在建设大型的多基站CORS网络，广东、江苏等省份已经建立起全省的CORS系统，广州、深圳、东莞、武汉、天津、北京、成都、重庆、昆明、上海等大城市已经建成，南宁、乌鲁木齐、福州、合肥等城市也在调试、试用阶段。国内外各厂商也都在往这个方向拓展，继天宝、徕卡、拓扑康后，国产品牌南方、华测、中海达也在今年开始加大在这方面的宣传和推广。南方首先正式推出成熟的CORS单基站产品，并先后在山西晋城、哈尔滨、齐齐哈尔、深圳大亚湾、佛山三水、山东莱州、陕西咸阳、河南洛阳、湖北随州、咸宁等多个城市建成，近期更是一举中标宜昌测绘大队五个基站的网络CORS项目，成为首个进军网络CORS项目建设的国内厂商。我们将努力将宜昌项目建设成精品工程、样板工程，为我们今后在网络CORS项目建设市场的发展打开局面、夯实基础。从目前的市场情况来看，我们的CORS可以作为老RTK的升级产品，建议以成熟的单基站CORS为前导，占领市场，在条件成熟时再升级为网络CORS。当然有条件的地方也可以直接升级为网络CORS，用户主要集中在有固定作业区域的国土、规划、勘测、电力、航道、矿区等测绘部门。随着南方单基站技术的成熟，只要较少的投资即可在一个中小城市建立一个CORS基站，满足当地测量用户不同层次空间信息技术服务的需要：基站所在城区及近郊区、城市进出口主要交通沿线，以及以基站为中心四十公里范围内区县城镇城乡地区实现快速厘米级实时定位及事后差分。单基站系统可以随时增加新的基站，加大实时RTK作业的覆盖区域，一旦建立虚拟参考站系统的条件成熟，只要进行系统软件的升级，花费不大的投资，单参考站系统即可轻松地升级成虚拟参考站网系统。基站连续观测，静态数据全天候采集，点位精度高，数据稳定；用户登录采取授权方式，数据中心可以管理登录用户，数据安全性高。目前基于南方单基站的RTK作业半径已经扩大到40公里，能够实现快速厘米级实时定位及事后差分，利用GPRS/CDMA进行50－80公里左右RTK测试成功案例也已经屡见不鲜。单参考站技术经过实践表明它是一种比较成熟的技术，从方案落实开始采购设备，安装调试，到验收运行整个周期1个月以内。在当前技术水平和市场可供产品条件下，根据本部门实际情况，从提高投资效益角度出发，选择单基站系统是比较符合一些地级市、县测绘部门的一个优选方案。南方单基站CORS方案目标为：建立和维护测量区域内的GPS基准站支持，为该系统提供一套完整的GPS工程技术标准，其具体项目为：（1）建设一个永久连续观测的GPS定位基准站。（2）建立一个可提供基准站网络服务的网络系统。（3）建立基准站与系统管理中心的内部局域网的数据传输（4）为测量用户提供RTK实时差分、静态后处理的数据信息。南方单基站建成后，达到的各项性能指标：系统精度实施方式水平精度高程精度RTK实时定位20KM以内10mm+1ppm20mm+1ppm20KM－40KM20mm+1ppm40mm+1ppm40KM－50KM50mm+1ppm80mm+1ppm50KM－100KM亚米级亚米级静态事后差分定位≤5mm≤10mm变形观测3－5mm6－10mm导航≤5M≤10M服务领域导航提供高精度导航定位的信息测量提供静态、后差分、RTK的数据服务兼容性导航RTCM-SC104V2.X差分RTCA、RTCM2.X、RTCM3.0、CMR等单基站CORS，就是只有一个连续运行参考站。类似于一加一或一加N的RTK，只不过基准站由一个连续运行的基准站代替。它将尖端科技领域的卫星定位技术和地理信息技术、通信技术和先进的软件开发技术有机的结合在一起，为用户提供了全新、透明、可视、实时、的测量服务。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，同时有一个服务器提供网络差分服务和用户管理。根据系统功能的要求，本系统由如下几个单元组成：GPS基站、网络服务器、电源系统、用户系统，如下图所示整个系统的原理图如下：基准站连续不间断的观测GPS的卫星信号获取该地区和该时间段的“局域精密星历”及其他改正参数，按照用户要求把静态数据打包存储并把基准站的卫星信息送往服务器上Eagle软件的指定位置。移动站用户接收定位卫星传来的信号，并解算出地理位置坐标。移动站用户的数据通讯模块通过局域网从服务器的指定位置获取基准站提供的差分信息后输入用户单元GPS进行差分解算。移动站用户在野外完成静态测量后，可以从基准站软件下载同步时间的静态数据进行基线联合解算SOUTH-BASE是南方测绘最新研制开发的GPS参考站接收机，它实现了工控机硬件平台与最新型GPS主板的完美结合，可用于CORS系统的单基站、多参考站的GPS数据接收平台。带有多种通讯接口，可持续长时间稳定工作；内部安装WindowsXP操作系统，使用操作简单方便；80G的硬盘可充分满足存储操作系统、应用软件和GPS接收数据；操作者可通过网络、串口、USB设备及鼠标/键盘对基准站进行管理和设置。28~54通道的接收机，包括：14通道GPS

L1+2通道SBAS14通道GPS

L2通道12通道GLONASS

L1通道（支持）12通道GLONASS

L2通道（支持）先进的多路径干扰抑制技术：采用PAC和Vision相关技术，能够有效消除来自天线附近或强多路径干扰环境下的多路径干扰信号，具有高精度、高可靠性和高数据采样率的特点支持GLONASS：通过升级即可以增加GLONASS功能，从而实现GPS+GLONASS双星系统定位主板：Intel945GCCPU:酷睿双核1.6GGPS主板

：NovatelOEM4和OEMV全系列兼容系统内存：1GVGA

：DB－15VGA接口键盘/鼠标：PS/2键盘&鼠标以太网：10M/100M接口串口：一个RS232接口USB

：五个USB2.0接口电源电压：220V操作系统：WindowsXP构造：工控机箱颜色：黑安装：导轨安装尺寸：432mm（长）×382mm（宽）×88mm（高）TCP/IP作为主要通信标准可确保使用简单，配置方便。参考站可以实现完全的远程操作,实现无人值守，遥控操作。各种即插即用的接口使得参考站容易安装。数据记录和数据输出灵活稳定。耐恶劣环境的设计允许参考站在极端环境下持续运行。南方大地型扼流圈天线支持精确度为毫米，能够有效抑制多路径效应的影响，结合不妥协的稳定的相位中心（小于0.8MM）且可以抑制射频干扰。天线建于大地测绘研究标准的基础上，采用铝材质的扼流圈和一个Dome#Margolin偶极元件，低噪音、低消耗，还拥有同步频率选择功能。工作频率：1227MHZ±10MHZ、1575MHZ±10MHZ阻抗：50?驻波比：≤1.5：1增益：38dB±3dB噪声：≤1.5dB极化方式：右旋圆极化工作电压：3～12VDC工作电流：≤40mA连接器：TNC重量：≤5.2kg工作温度：-45℃～+65℃储存温度：-55℃～+85℃尺寸：直径38cm，低12cm，高10cm，底高3.5cmBaseTrans软件是SOUTH-BASE接收机的内置主控程序，它能够实现接收机的参数配置，卫星状况的监控，GPS静态数据的采集和传输，端口的设置等功能。既管理SOUTH-BASE的运行状况，又可以为静态事后差分定位提供静态数据。

Eagle是单基站CORS的信息发布平台，为TCP/IP、GPRS、CDMA访问提供网络服务；同时又是整个系统的“中央处理中心”，对参考站采集的数据进行统一地管理和处理，既可以为RTK实时定位提供多种格式实时差分数据（RTCM、RTCM2.X、RTCM3.0、CMR），软件可监测数据质量，实时查看当前用户固定解情况。可以管理流动站用户，根据需要可设定用户登录密码、用户可使用时间；监控移动站的工作情况，加入地图，随时可以看到登录移动站所在位置而且Eagle软件可以连接不同的TCP/IP地址，系统管理员或用户可通过互联网查看各台站的运行情况，以确保系统连续运行的可靠性。1、基准站子系统与系统控制中心间的不间断数据传输。2、系统控制中心的数据分流、数据处理、数据入库。3、通过Internet向用户提供数据等相关信息服务，实现事后精密定位功能。4、以GPRS，CDMA等数据通信方式进行实时定位信息的服务，实现实时定位功能。定位网络RTK网内和网外40km以内静态事后差分网内和网外40km以内导航陆上和海上导航，地理信息采集、更新定位测绘、地籍、规划、工程建设、变形监测、地壳形变监测动态参考基准地心坐标的坐标分量绝对精度不低于0.1米基线向量的坐标分量相对精度不低于3×10-7快速或实时定位水平≤3cm垂直≤8cm静态差分定位水平≤5mm垂直≤10mm导航水平≤5m垂直≤7m导航95.0%(1天内)定位95.0%(1天内)导航、定位RTCM-SC104V2.2，CMRPlus，RINEX南方网络CORS系统功能目前主要在于两方面：一是以GPRS、CDMA数据通信方式实现实时数据服务；二是向用户提供各时段静态数据，实现事后静态差分精密定位。系统将实现的功能有：1、在定位信号的有效覆盖区域内（网内+网外四十公里范围），利用一台GPS测量型接收机可进行城市各级控制点测量（非完全荫蔽区）；2、用网络RTK技术提供GPS实时测量数据服务，满足非荫蔽区工程测量、地图修测等项要求；3、采用GPRS、CDMA数据通信技术进行实时定位的数据服务，协议采用RTCM-SC104.V2.0；4、利用Internet实现事后精密定位的数据服务，数据格式采用RINEX2.1；5、预留通信接口，可与今后的通信手段相连接，完成系统信息的广播服务；6、用户软件采用了图形化界面，为用户提供良好的使用交互界面。南方网络CORS系统采用虚拟参考站技术，虚拟参考站技术就是利用地面布设的多个基准站组成GPS连续运行网络，综合利用各个基站的观测信息，通过精确的误差模型修正距离相关误差，在用户站附近产生一个物理上不存在的虚拟参考站，与用户站构成短基线或者超短基线差分，用户站接收该基准站的差分信息进行定位和测速。系统包括个部分控制中心，固定站和用户部分。如图所示虚拟参考站整个系统的核心。它即是通讯控制中心，也是数据处理中心。它通过通讯线（光纤，ADSL）与所有的固定参考站通讯；通过Internet、无线网络与移动用户通讯。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VENUS即是数据处理软件,也是系统管理软件固定参考站是固定的GPS接收系统，分布在整个网络中，一个虚拟参考站网络可以包含无数个站，但最少需要三个站,站与站之间的距离可达70Km（传统高精度网络,站间距离不过10-20Km）。固定参考站与控制中心之间由通讯线相连,数据实时的传送到控制中心。用户部分就是用户的GPS接收机，加上无线通讯模块（CDMA/GPRS）。接收机通过无线网络将自己初始位置发给控制中心,并接收中心的差分信号,生成厘米级的位置信息。目前南方网络CORS采用通用数据格式，支持现有各种常规GPS接收机。该技术方法的作业流程可结合图进行说明一、各个参考站连续采集观测数据,并实时传输到数据处理与控制中心的数据库中,进行网络计算。参考站原始观测数据包括GPS载波相位以及伪距观测数据、参考站精确坐标、广播星历、气象参数、电离层拓扑信息、多路径历史信息等。二、计算中心在线解算GPS参考站网内各独立基线的载波相位整周模糊度值。三、利用各参考站相位观测值计算每条基线上各种误差源的实际或综合误差影响值,并依此建立电离层、对流层、轨道误差等距离相关误差的空间参数模型。四、流动用户将单点定位或DGPS确定的用户概略坐标（NAME—GGA格式）,通过无线移动数据链传送给数据处理中心,中心在该位置创建一个虚拟参考站,利用中央计算服务器结合用户、基站和GPS卫星的相对几何关系,通过内插得到虚拟参考站上各误差源影响的改正值,并按RTCM格式发给流动用户。五、流动用户站与虚拟参考站构成短基线。流动用户接收控制中心发送的虚拟参考站差分改正信息或者虚拟观测值,进行差分解算得到用户的位置。上述概念适用于静态用户或仅在小区域范围活动的用户,在整个虚拟参考站定位过程中仅给出一个流动站概略位置,即虚拟参考站位置保持不变。但是对于高动态用户或者活动范围较大的流动用户而言,随着流动站与初始虚拟参考站间的实际距离的增大,仍然会产生系统误差相关性减少的现象,残余的误差会影响整周模糊度的解算以及流动站与虚拟参考站间基线的定位精度。因此不仅需要用户不断更新自己的概略位置,虚拟参考站位置也需要更新,即沿着用户运动轨迹运动。但是,如果每个历元为每个动态用户建立一个动态虚拟参考站,会大大增加数据处理中心的数据处理和网络数据传输负担,增大系统实施的难度和复杂度,尤其当流动用户的数量较大且无线网络传输链路不稳定时,上述情况会大大降低系统运行的完好性和可靠性指标。通常的解决方法是设定在流动站处于一定运动范围内时,虚拟参考站位置保持不变当流动站接收机运动到与上一个较远的距离时,则重新建立一个虚拟参考站,这就是半动态虚拟参考站。VENUS软件主要包含三大数据处理模块，参考站网络解算、虚拟参考站改正数生成与虚拟参考站改正数发布模块。一、卫星位置计算：根据各参考站接收卫星信号的时刻,利用预报精密星历和广播星历（首选前者）,计算信号发射时刻卫星的位置。二、周跳探测及修复：实时探测和修复周跳,净化数据,其理论依据是相位数据的时间相关性,历元间数据一致性较强,若发生跳变,说明有周跳产生,则可按一定的算法实施修复。三、整周模糊度的计算：获取卫星坐标和净化的相位数据后，先利用双频码伪距与相位观测值线性组合，经滤波处理解出宽频模糊度，在将各个频率上的模糊度分离出来,在模糊度固定过程中，充分利用其它己经固定的模糊度相关信息，并在模糊度固定后，对其有效性进行检验。四、大气延迟量的估计：利用参数改正数模型获取参考站上电离层、对流层延迟改正数。一、改正数计算：根据参考站网络解算模块得出的对流层、电离层延迟误差以及精密星历信息计算用户位置误差改正数。二、生成虚拟参考站网络改正数：根据参考站观测数据及网络改正数,按用户服务需求构造其对应的DGPS、RTK虚拟观测值数据。将虚拟参考站观测值，按RTCM2.x标准格式编码为电文格式数据,作为差分服务基本数据源。按技术标准构建服务器、集中交换器以及客户端体系,实现用户网络登录和安全认证机制,并按RTCM格式将数据发布给用户,实现网络或定位服务。VENUS功能模块主要包括服务器管理、网络管理、用户管理以及星历监控四大模块主要完成系统构网、运行子网以及服务器属性配置等功能。网络管理模块主要负责对个参考站网络及参考站在线监控,主要包含子网管理与基站管理两个部分。子网视图主要监视各子网以及网内基站、基线和在线活动用户实时状态等信息,基站视图主要监视系统内各参考站观测信号质量、卫星分布状况等信息,该模块负责对系统以及网络服务用户进行帐号注册、认证管理以及实时差分定位服务监测该模块主要负责对当前使用的精密星历以及当前卫星状态信息进行监控。基准站由仪器室和观测墩两部分组成：观测墩：用于支撑GPS观测天线。观测墩建立于基岩上的称为基岩站，建立于屋顶上的称为屋顶站。观测墩柱体内预埋PVC管道，用于敷设天线电缆。仪器墩外部进行保温和防风处理，顶部安装强制对中装置，并用透波材料的天线罩覆盖，以避免自然环境如强风、雨雪、日照、盐蚀等对天线的损坏。天线墩结构图见图2.2，建成后的天线墩见图2.3。仪器室：用于安置基准站设备。要求距离观测墩距离不超过天线电缆的许可长度，并可提供可靠的电力供应和网络接入，此外需根据条件安装防盗设施并注意通风散热。基准站设备以模块化方式集成在仪器室的机柜内，由GPS接收机、工业计算机、网络设备、UPS电源系统、防护系统、机柜等组成。机柜内设备安置见图2.4所示。项目名称内容、要求预算费用（万元）观测墩基础稳固；钢筋混凝土结构；高度约1.5~2米。屋顶型0.5－1基岩型2观测室面积不少于15m2；最好在观测室附近建立工作室。0—5通讯网络直接（或租用线路）接入政府外网。0—20内部网络通讯0.1—1设备包括工控计算机、基站型GPS接收机及天线、UPC、防护设备（防雷、防电涌等）、网络设备安全、调制解调器、交换机、机柜、空调等。。

软件操作系统、基准站软件、中央控制器软件

其他选址、测试、调试等

合计16—25万

备注：如果对观测墩进行外观设计和装饰，费用另计。

电涌是微秒量级的异常大电流脉冲。它可使电子设备受到瞬态过电的破坏。随着半导体器件的集成化程度的提高，元件间距的减小，半导体厚度的变薄，电子设备受到瞬态过电破坏的可能性越来越大。如果一个电涌导致的瞬态过电压超过一个电子设备的承受能力，那么这个设备或者被完全破坏，或者寿命大大缩短。雷电是导致电涌最主要的原因，雷电击中输电线路会导致巨大的经济损失。每一次电力公司切换负载而引起的电涌都缩短各种计算机、通讯设备、仪器仪表和PLC的寿命。另外，大型电机设备、电梯、发电机、空调、制冷设备等也会引发电涌。UPS也可被电涌摧毁。建筑物顶部的避雷针在直击雷时可将大部分的放电分流入地，避免建筑物的燃烧和爆炸。UPS不间断电源可处理电压的严重下降。二者非常有用，但都不能保护计算机免受电涌的破坏，而且UPS本身集中很多微处理器，也可被电涌摧毁。由于基准站主要设备架设于露天制高点，雷电和电涌防护可以分为电力线、通信线、射频线、露天设备防护等几方面，采用不同的避雷器件完成，有关器件的技术规格与设计施工。在SOUTH-CORS工程中，采取的具体措施如下。电力线进入UPS之前，加装电力线电涌防护设备，隔离UPS和电力线。设备选型为美国MCG公司的SF80电力线保护器（器件外型参见图2.5）。GPS天线进入主机前，加装电涌防护设备，设备选型为HUBER-SUHNER公司的产品。（器件外型参见图2.6）。在户外设备，尤其是GPS天线附近架设建筑物雷电防护设备，设备选型为法国HeLite公司的HM1812避雷针（器件外型参见图2.7）。

点位选取在符合选点基本要求的基础上，选在建筑物的主承重支柱上；对于无法确定或主承柱已有其它建筑物时，可选在主承重横梁上。(1)、凿开点位所在的水泥板约为600×600mm，深约10cm，直至露出楼面钢筋。凿开的楼面上在承重柱上用水钻至少钻4个深60~80cm、间距约为16cm的矩形排列的钻孔（孔径为38mm）；并对钻孔进行清洗、风干。（图2.9）(2)、用植筋胶分别在四个钻孔中植入直径为20mm的螺纹钢筋（长度视观测墩设计高度定），作为观测墩支柱的主筋，并将植入的钢筋与凿出的楼面钢筋焊接在一起；主筋上每隔15cm捆扎一个钢筋直径为8mm的钢筋圈形成钢笼；根据观测墩基座设计的样式再捆扎相应的基座钢笼，并也与凿出的楼面钢筋焊接。（图2.10、2.11）(3)、将直径为300mm的无缝不锈钢管套在主支柱钢笼外（安装时尽量保持钢管的竖直度），其底部与基座钢笼顶部焊接在一起；根据GPS信号线设计的走线路线在基座的侧面或后面预埋PVC线管（管内直径为5cm，拐弯处用两弯角为135度的接合头拼接成直角弯或用钝角接合头，并在线管内预留装信号线用的牵拉线）；在基座的侧、后三面预留通风、排水管（直径约2cm的PVC管）。（图2.12、2.13）

(4)、用镀锌铁板条焊接在支柱的主筋上作为防雷的引线通出基座外。在不同的位置焊接两个上述的引线。（图2.14）(5)、用洗干净的河沙和石块与水泥兑成C30标号的混凝土进行浇筑，水平地安装上归心盘。（图2.15）

(6)、待混凝土基本定位后，用玻璃棉对支柱外面和外装饰钢筒的内侧进行隔热处理。（图2.16、2.17）。(7)、安装观测墩外装饰。外装饰是采用两个半圆柱形焊接成一筒形，各构件的焊接处要用玻璃胶密封；外装饰套在支柱外（图2.18）

(8)、用圆水准管严格整平安装强制对中器，并保证强制对中器不与观测墩的任何金属部件连接。（图2.19）(9)、对观测墩基座进行防水处理并修复原建筑物的防水层；根据设计对基座进行外装饰。(10)、布设观测墩到机房的GPS信号线保护管，保护管的大小要合适（参考直径为63mm的饮水管）。(11)、安装天线保护