实时动态载波相位差分技术RTK

　　司南导航www.sinognss.com:RTK(Real - time kinematic):RTK(Real – time kinematic，实时动态)载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的卫星定位测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而 RTK 是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是 GPS 应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，极大地提高了作业效率。

　　RTK 简介

　　高精度的 GPS 测量必须采用载波相位观测值，RTK 定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在 RTK 作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集 GPS 观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态;可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。

　　RTKLIB 是日本东京海洋大学(Tokyo University of Marine Science and Technology)开发的一个开放源程序包，供标准与精确 GNSS 全球导航卫星系统应用。RTKLIB 包括一个可移植的程序库和几个应用程序(AP)库。

　　RTKLIB 的特点：

　　(1)支持标准的和精确的定位算法：GPS，GLONASS，QZSS 准天顶卫星系统,北斗和 SBAS。

　　(2)支持多种定位模式与 GNSS 实时和后处理：单点，DGPS / DGNSS，动态的，静态的，移动基线，定点，PPP 运动，PPP 静态和 PPP 定点。

　　(3)支持多种标准格式和协议 GNSS：RINEX 2.10，2.11，2.12 OBS /NAV/ GNAV / HNAV，RINEX 3.00 OBS / NAV，RINEX 3.00CLK，RTCM V.2.3，V.3.1 RTCM 1.0，NTRIP，RTCA/DO-229C，NMEA 0183，SP3-C，IONEX 1.0，ANTEX 1.3，NGS PCV 和 EMS 2.0.

　　NVS Technologies AG 公司 NV08C 系列 GNSS 模块经测定支持 RTKlib 应用。

　　随着卫星定位技术的快速发展，人们对快速高精度位置信息的需求也日益强烈。而目前使用最为广泛的高精度定位技术就是 RTK(实时动态定位：Real-Time Kinematic)，RTK 技术的关键在于使用了 GPS 的载波相位观测量，并利用了参考站和移动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差，从而实现高精度(分米甚至厘米级)的定位。

　　RTK 技术在应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效作用距离。GPS 误差的空间相关性随参考站和移动站距离的增加而逐渐失去线性，因此在较长距离下(单频>10km，双频>30km)，经过差分处理后的用户数据仍然含有很大的观测误差，从而导致定位精度的降低和无法解算载波相位的整周模糊。所以，为了保证得到满意的定位精度，传统的单机 RTK 的作业距离都非常有限。

　　为了克服传统 RTK 技术的缺陷，在 20 世纪 90 年代中期，人们提出了网络 RTK 技术。在网络 RTK 技术中，线性衰减的单点 GPS 误差模型被区域型的 GPS 网络误差模型所取代，即用多个参考站组成的 GPS 网络来估计一个地区的 GPS 误差模型，并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。而用户收到的也不是某个实际参考站的观测数据，而是一个虚拟参考站的数据，和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据，因此网络 RTK 技术又被称为虚拟参考站技术(Virtual Reference)。

　　RTK 系统组成

　　RTK 系统由基准站子系统、管理控制中心子系统、数据通信子系统、用户数据中心子系统、用户应用子系统组成。

　　基准站子系统

　　基准站子系统是网络 RTK 系统的数据源，该子系统的稳定性和可靠性将直接影响到系统的性能。基准站子系统的功能及特性有：

　　①基准站为无人值守型，设备少，连接可靠，分布均匀，稳定;

　　②基准站具有数据保存能力，GNSS 接收机内存可保留最近 7 天的原始观测数据;

　　③断电情况下，基准站可依靠自身的 UPS 支持运行 72h 以上，并向中心报警;

　　④按照设定的时间间隔自动将 GNSS 观测数据等信息通过网络传输给管理中心;

　　⑤具备设备完好性检测功能，定时自动对设备进行轮检，出现问题时向管理中心报告;

　　⑥有雷电及电涌自动防护的功能;

　　⑦管理中心通过远程方式，设定、控制、检测基准站的运行。

　　原理

　　RTK(real time kinematic)是以载波相位观测值进行实时动态相对定位的技术。其原理是将位于基准站上的 GPS 接收机观测的卫星数据，通过数据通信链(无线电台)实时发送出去，而位于附近的移动站 GPS 接收机在对卫星观测的同时，也接收来自基准站的电台信号，通过对所收到的信号进行实时处理，给出移动站的三维坐标，并估“其精度。

　　利用 RTK 测量时，至少配备两台 GPS 接收机，一台固定安放在基准站上，另外一台作为移动站进行点位测量。在两台接收机之间还需要数据通信链，实时将基准站上的观测数据发送给流动站。对流动站接收到的数据(卫星信号和基准站的信号)进行实时处理还需要 RTK 软件，其主要完成双差模糊度的求解、基线向量的解算、坐标的转换。

　　RTK 技术可以在很短的时间内获得厘米级的定位精度，广泛应用于图根控制测量、施工放样、工程测量及地形测量等领域。但 RTK 也有一些缺点，主要表现在需要架设本地参考站，误差随移动站到基准站距离的增加而变大。

　　关键技术

　　RTK 技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK 定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大，一般都要求 9600 的波特率，这在无线电上不难实现。

　　随着科学技术的不断发展，RTK 技术已由传统的 1+1 或 1+2 发展到了广域差分系统 WADGPS，有些城市建立起 CORS 系统，这就大大提高了 RTK 的测量范围，当然在数据传输方面也有了长足的进展，电台传输发展到现在的 GPRS 和 GSM 网络传输，大大提高了数据的传输效率和范围。在仪器方面，不仅精度高而且比传统的 RTK 更简洁、容易操作。

　　应用领域

　　各种控制测量

　　传统的大地测量、工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，且在外业不知精度如何，采用常规的 GPS 静态测量、快速静态、伪动态方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，如果测设完成后，回到内业处理后发现精度不合要求，还必须返测，而采用 RTK 来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率。如果把 RTK 用于公路控制测量、电力线路测量、水利工程控制测量、大地测量、则不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且大大提高工作效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成。

　　地形测图

　　过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在发展到外业用全站仪和电子手簿配合地物编码，利用大比例尺测图软件来进行测图，甚至于发展到最近的外业电子平板测图等等，都要求在测站上测四周的地貌等碎部点，这些碎部点都与测站通视，而且一般要求至少 2-3 人操作，需要在拼图时一旦精度不合要求还得到外业去返测，采用 RTK 时，仅需一人背着仪器在要测的地貌碎部点呆上一二秒种，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，这样用 RTK 仅需一人操作，不要求点间通视，大大提高了工作效率，采用 RTK 配合电子手簿可以测设各种地形图，如普通测图、铁路线路带状地形图的测设，公路管线地形图的测设，配合测深仪可以用于测水库地形图，航 海海洋测图等等。

　　放样

　　施工放样是测量一个应用分支，它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来，过去采用常规的放样方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，一般要放样出一个设计点位时，往往需要来回移动目标，而且要 2-3 人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样中遇到困难的情况会借助于很多方法才能放样，如果采用 RTK 技术放样时，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，背着 GPS 接收机，它会提醒你走到要放样点的位置，既迅速又方便，由于 GPS 是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需一个人操作。

　　推广方向

　　北斗应用

　　RTK 接收机进入基于北斗卫星导航系统的多星应用时代，成为国际首款，国内首创，拥有完全自主知识产权的多系统多频率的 RTK 接收机。基于北斗卫星导航系统的多星测量型接收机，采用独有的 kRTK 核心技术和高可靠的载波跟踪算法适应各种环境变换，为用户提供高质量定位结果。

　　双星系统

　　双星系统(GPS+GLONASS 双系统导航定位)是 GPS RTK 发展的热点，它可接收 14-20 颗卫星左右，是常规 RTK 所无法比拟的，该技术使 GPS 设备具备最短时间达到厘米级精度的能力与最强的抗干扰遮挡能力。

　　单频双星系统(GPS+GLONASS，或 GPS+BDS)，RTK 或 PPP 可以得到 1CM 的定位精度。

　　司南导航RTK测量测绘：https://www.sinognss.com/product/104/

　　1.文章部分文字与图片来源网络，如有问题请及时联系我们。

　　2.涉及转载的所有文章、图片、音频文件等资料，版权归版权所有人所有。

　　3.本文章内容如无意中侵犯了媒体或个人的知识产权，请联系我们立即删除。