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载波相位差分技术

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GNSS RTK接收器用于调查瑞士的森林人口。

实时动态定位(RTK)是一种卫星导航技术，用于提高从基于卫星的定位系统(全球导航卫星系统，GNSS)获得的位置数据的精度，如全球定位系统（GPS）、格洛纳斯（GLONASS）、伽利略（Galileo）和北斗（BeiDou）。除了信号所包含的信息之外，RTK还使用载波信号相位的测量值，并依靠单个参考站或内插虚拟站来进行实时校正，以提供高达厘米级的定位精度。[1] 特别是结合全球定位系统（GPS），该系统通常被称为载波相位增强，或CPGPS。[2] RTK已应用于陆地测量、水文测量和无人驾驶飞行器导航之中。

1 概况编辑

1.1 背景

卫星导航接收器和卫星之间的距离可以通过信号从卫星传播到接收器所花费的时间来计算。为了计算延迟量，接收器必须将信号中包含的伪随机二进制序列与内部生成的伪随机二进制序列对齐。由于卫星信号到达接收器需要时间，卫星的序列相对于接收器的序列有延迟量。通过逐渐延后接收器的序列，这两个序列最终会被对齐。

最终距离测量的精度本质上是接收机电子设备准确处理卫星信号的能力的函数，以及其他误差源，如未减轻的电离层和对流层延迟、多径、卫星时钟和星历表误差等。

1.2 载波相位跟踪

RTK遵循相同的一般概念，但是使用卫星信号的载波作为其信号，忽略其中包含的信息。RTK使用固定基站和漫游器来减小漫游器的位置误差。基站向漫游器发送校正数据。

如前一节所述，到卫星的距离基本上是通过载波波长乘以卫星和漫游器之间的整个周期数并加上相位差来计算的。确定周期数并不容易，因为信号的相位可能会偏移一个或多个周期。这导致误差等于估计的周期数乘以波长的误差，即19 cm代表L1信号。解决这个所谓的整周模糊搜索问题会导致厘米精度。通过比较来自碳/碳信号的测量值的复杂统计方法和通过比较多个卫星之间产生的距离，可以减少误差。

如果继续假设1%，使用这种技术可能会有很大的改进 锁定的准确性。例如，在全球定位系统的情况下，在L1信号中广播的粗略获取(C/A)码在1.023处改变相位 兆赫，但L1载波本身是1575.42 兆赫，相位变化频率超过一千倍。1% 因此，L1载波相位测量中的误差对应于1.9° 基线估计中的mm误差。[3]

1.3 实际问题

实际上，RTK系统使用单个基站接收机和多个移动单元。基站重新广播所观测到的载波相位，然后移动单元将它们自己的相位测量值与从基站接收的相位测量值进行比较。将校正信号从基站传输到移动站有如下几种方法。最常用的，并实现实时、低成本信号传输的方法是使用无线电调制解调器，该方法通常运行在超高频带。在大多数国家，某些特定频率被专门分配给RTK使用。大部分土地勘测设备将内置超高频波段无线电调制解调器作为标准。RTK提供的精度增强范围可达距离基站约20公里。[4]

RTK使得移动单元计算它们的相对位置到毫米以内，即便它们的绝对位置仅精确到与基站所计算位置相同的精度。这些系统典型的标称精度为，水平方向是1±2-6cm，垂直方向是2±2-6cm。[5]

尽管这些参数限制了RTK技术在一般导航中的实用性，但该技术非常适合应用于测量等方面。在这种情况下，基站位于已知的勘测位置，并通常作为基准，然后移动单元可以通过相对于该点进行定位来生成高度精确的地图。此外，RTK还在自动驾驶/自动导航系统、精确农业、机器控制系统和类似行业中得到应用。

RTK网络将RTK的使用扩展到包含参考站网络的更大范围。[6] 其运行可靠性和准确性取决于参考站网络的密度和能力。

连续运行参考站(CORS)网络系统是广播校正的RTK基站网络，通常通过互联网连接。在CORS网络中，精确度得到了提高，这是因为多个基站被用来确保正确定位，并防止了单个基站的错误初始化。[7]

2 供应商编辑

提供RTK系统和服务的供应商包括：[8] Trimble导航公司，徕卡地理系统公司（Leica），拓普康公司（Topcon），Comnav技术公司，Emlid公司，[9] North Surveying公司

，[10] 中海达公司（Hi-Target），[11] 索佳公司（Sokkia），NovAtel公司，[12] Septeniro公司，[13] Hemisphere GNSS公司，ANavS公司，华测导航公司（CHCNAV），[14] 天宸北斗公司（SunNav），[15] 合众思壮科技公司（Unistrong），[16] Swift Navigation公司，[17] 和约翰迪尔公司（John Deere）。[18]

参考文献

  • [1]

    ^Wanninger, Lambert. "Introduction to Network RTK". www.wasoft.de. IAG Working Group 4.5.1. Retrieved 14 February 2018..

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    ^Mannings, Robin (2008). Ubiquitous Positioning. Artech House. p. 102. ISBN 978-1596931046..

  • [3]

    ^"Geo-Positioning, GPS, DGPS, and Positioning Accuracy" (PDF). Archived from the original on January 15, 2009. Retrieved 2006-06-20.CS1 maint: BOT: original-url status unknown (link).

  • [4]

    ^RIETDORF, Anette; DAUB, Christopher; LOEF, Peter (2006). "Precise Positioning in Real-Time using Navigation Satellites and Telecommunication". PROCEEDINGS OF THE 3rd WORKSHOP ON POSITIONING, NAVIGATION AND COMMUNICATION. CiteSeerX 10.1.1.581.2400..

  • [5]

    ^"RealTimeKinematicSystem". Archived from the original on February 3, 2012. Retrieved 2012-09-01.CS1 maint: BOT: original-url status unknown (link).

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  • [8]

    ^Gakstatter, Eric (21 March 2013). "RTK GNSS Receivers: A Flooded Market?". gpsworld.com. GPS World. Retrieved 14 February 2018..

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  • [10]

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  • [13]

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    ^"Starfire™ 6000 Receiver | Guidance Solutions | Precision Ag Technology | John Deere Australia". www.deere.com.au. Retrieved 2019-02-05..

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