gpsrtk定位技術及其發(fā)展

1、G P SR T K定位技術及其發(fā)展 口 王 浩 蔡 棟 ( 中國礦業(yè)大學 江蘇 · 徐 州2 2 l l 1 6 )摘 要 ：目前 ， R T K技術 已廣泛地 應用于測繪行業(yè)。 集計算機 網(wǎng)絡管理 技術、 I n t e me t 技術、 無線通訊技 術和 G P S定位技術于一身的 網(wǎng)絡技術的出現(xiàn)更是使 的高精度 G P S 定位技術滲透 到社會 的各個方面 ， 極 大的擴展 了它的應用 范圍。對 R T K的測量原理

2、， 系統(tǒng)組成， 誤差來源及 削弱方法 ， 網(wǎng)絡 R T K技術的工作原理和系統(tǒng)組成進行 了介 紹。 并對 網(wǎng)絡 R T K 的代表 V R S 和基于 V R S 技術的 C O R S系統(tǒng)進行 了介紹。關鍵詞 ：R T K 虛擬參考站 衛(wèi) 星定位服務系統(tǒng)中圖分類號 ：P 2 2 8 ． 1文獻標識碼 ：A文章編號 ：1 0 0 7 - 3 9 7 3( 2 0 1 1 ) 0 0 6 - 0 7 6 · 0 2實時動態(tài)測量(

3、 R e a lT i m eK i n e m a t i c ， 簡稱 R T K ) 的基本思 想是在基準站上安置一臺 G P S 接 收機 ， 對所有可見 G P S 衛(wèi)星 進行連續(xù)地觀測 ， 并將其觀測數(shù)據(jù)， 通過無線 電傳輸設備 ， 實時地發(fā)送給用戶觀測站。 在用戶站上， G P S 接收機在接 收 G P S衛(wèi)星信號的 同時 ， 通過無線 電接收設備， 接收基準站傳輸 的觀 測數(shù)據(jù) ， 然后根據(jù)相對 定位 的原理 ， 實時

4、的計算并顯示用戶站 的三維坐標及其精度 。R T K技術是建立在流動站和基準站誤差強相關的假設基 礎上 ， 當流動站和基準站距離較近時， 假設可較好成立， 但 當 它們距離逐漸變遠時 ， 誤差相關性便越來越差， 各項誤差迅速 增加 ， 從而導致難 以確 定整周模糊度 ， 無法獲得 固定解。網(wǎng)絡 R T K， 又稱 多基站 R T K， 它可以克服常規(guī) R T K的不 足 ， 實現(xiàn)差分作用廣 、 定位精度高的優(yōu) 點。且可靠性、 可用性 比

5、常規(guī) R T K有 了很大提高 。IR T K定位技術 1 ． 1R T K 定 位 原 理 R T K實時動態(tài)測量技術， 是 以載波 相位觀測為根據(jù)的實 時差分 G P S ( R T D G P S ) 技術 。R T K基本工作原理： 在 已知高 等 級點上 ( 基準站) 安置 l 臺接收機 為參考站 ， 對衛(wèi)星進行 連 續(xù) 觀測 ， 并將其觀測數(shù)據(jù)和測站信息， 通過無線電傳輸設備 ，實時地 發(fā)送給流動站 ， 流動站 G P S

6、接收機 在接 收 G P S 衛(wèi)星信 號的同時， 通 過無線接 收設備 ， 接收基準站傳輸 的數(shù)據(jù)， 然后 根據(jù)相對 定位 的原理 ，實 時解算 出流動站的三維坐標及其精 度 ( 即基準站和流動站坐標差△X、 △Y、 △H ， 加上基準坐標得 到的每個點的 WGS一 8 4坐標 ， 通過坐標轉 換參數(shù)得 出流動 站 每個 點的平面坐標 X、 Y和海拔高 H) 。R T K系統(tǒng) 的組成 ： 基準站流動站、 數(shù)據(jù)鏈 ?；鶞收荆?接收 機 設

7、在具有 已知坐標 的參考點位上 ， 連續(xù)接收所有 可視 G P S衛(wèi)星信 號。若要提高 G P S 信號接收的質量， 基準站必須遠離 各種 強電磁干擾源 ； 同時為減少多路徑效應的影響， 基準站周 圍應無 明顯 的大 面積 的信 號反射物 ； 另外 ， 基 準站 電臺天線之 間無大 的遮擋物 ， 且天 線盡量 設置高些 ， 以提 高數(shù)傳 電臺的傳 輸 距離 。流動站 ： 要先初始化 ， 即確定整周未知數(shù) ， 完成整周未知數(shù) 的搜索求解后

8、 ，進入動態(tài)作業(yè)?？梢韵仍?已知點上初 始化后 ， 再進 入動 態(tài)作業(yè)： 也可在動 態(tài)條件下直接初始化。在 正常條件下， 地面兩點間距離較短 時， 系統(tǒng)能夠模擬電離層 和對流層的影 響， 其殘余影響也可通過對觀測值 的差分處理予以 消除或減弱。 但 電離層 的電子含量會隨時空發(fā)生劇烈變 化， 衛(wèi) 星信號到達基準站和移動站將有不 同的影響， 且基線越長， 影 響越大， 當 電離層劇 烈活動時， 將導致周跳或失鎖， 即使是短基 線也需要大大

9、延長觀測 時間才 能固定整周模糊值， 嚴重時 ( 如 太 陽黑子爆發(fā)時)甚至根本不能固定整周模糊值 。一般地， 雙 頻 R T K初始化 的時間 比單頻 R T K要短， 而且 同距離的關系不 大 ； 解算時采用的星數(shù)越多， R T K的精確性和可靠性越好； 移動 站至基準站的距離越近， 其初 始化 的時間也越短 。數(shù)據(jù)鏈 ： 測 繪領域 ， 目前都采用 U H F電臺播 發(fā)的差分數(shù)據(jù) ， 其頻率大約 為 4 5 0 ． 4 7 0 M

10、Hz ， 波長約 6 0 c m左右 。1 ． 2R T K 的觀 測 模 型 R T K的觀測模 型為：=P+ c · (一) +· Ⅳ+． 砷 一+d， +()其 中：中一 相位測量值，單位為m； P 一 星站問的幾何距離 c 一 光速；一 接收機鐘差；d t 一 衛(wèi)星鐘差，一 為載波相位波長 ；N- 整周未知數(shù)：d一 為對流層折射影響： d一 電離層折射影響l一 相對論效應；() 一 觀測噪聲參數(shù) 1 ． 3R

11、 T K 作 業(yè) 流程 ，——————— ———_ _ 、I 收 集諛 9 區(qū) 資 料 IL—— — 斟協(xié)論丘 ·2 0 1 1 年第 6 期( 下 )— — 圖 1R T K作業(yè) 流程 1 ． 4R T K 測 量 須 注 意 的 一 些 問題 ( I ) R T K的基礎是 GP S定位技術， 這就要保證對 G P S衛(wèi)星 的連續(xù)跟蹤以及跟 蹤衛(wèi)星 的數(shù) 目必須滿足要求 。在工作時應 把測量控 制點選在地勢較高的區(qū)域或

12、是開闊的場地 ； 另外 ， 應 避開中午時段進行施測 。 ( 2 ) R T K確定整周模糊度的可靠性最 高為 9 5 ％， R T K比靜態(tài) G P S 還多出一些 誤差 因素～ 如數(shù)據(jù)鏈 傳輸誤差等 。因此 ， 和 G P S靜態(tài)測量相 比， R T K測量更容 易 出錯 ， 所以為了保證采用 R T K 測量時的可靠性和精確性 ， 采用 已知點校核法或是重測 比較法對 R T K的測量結果進行比較驗 證； 在工作中， 應至少有三個

13、 已知點作 點校正才能進行其他測 量工作。( 3 ) 使用 中必須時時注 意電臺信號的接收情 況， 以免 發(fā)生測量數(shù)據(jù) 的不正確采集， 生成精度不高的測量成果。( 4 )如果需進行高程聯(lián)測，則應采用不低于 四等水準測量或與其 精度相 當?shù)姆椒ㄟM行， 在平原地區(qū)聯(lián)測點不宜少于 5個 ， 丘陵 或 山地不少于 l 0個 ， 并應均勻分布于控制網(wǎng)中。2網(wǎng)絡 R T K及其技術發(fā)展 網(wǎng)絡 R T K 的出現(xiàn)則把 R T K技術推向 了一個更趨完

14、美的 地步 。它的實施將使一個地 區(qū)的測繪工作成為一個有機的整 體， 改變 以往 G P S作業(yè)單打獨斗 的局面， 同時它使 G P S技術 的應用更為廣泛， 精度和可靠性 得到進一步提高， 使許多從前 難 以完成的任 務成 為可 能， 最重要 的是建立 G P S網(wǎng)絡的成本反而降低 了 很 多。G P S 網(wǎng)絡 R T K虛 擬參考站技術 V R S代表 G P S發(fā)展 的未來方 向。2 ． 1網(wǎng)絡 R T K工作原理 “ 虛擬參考站

15、” 簡單 的說是一個基于連續(xù)運營的G P S 參考 站系統(tǒng) 。在某一大 區(qū)域 ( 或某一城市) 建立若干個連續(xù)運行 的 GP S基準站 ； 數(shù)據(jù)處理控制中心根據(jù)這些 GP S基準站的觀測 值 ， 建立 區(qū)域 內GP S 主要誤差模 型， 系統(tǒng)運行時將這些誤差從 基準站觀測值 中減去， 形成無誤差的觀測值。 在 VR S網(wǎng)絡中，各 固定參考站不直接向移動用戶發(fā)送任何改正信息，而是將 所有 的原始數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通訊線發(fā)給控制中心。同時，移動

16、用戶在工作前 ， 先通過 GS M 的短信息功能 向控制中心發(fā)送一 個概略坐標， 控制 中心收到這個位置信 息后 ， 根據(jù)用戶位置 ，由計算機 自動選擇 最佳 的一組 固定基準站，根據(jù)這些站發(fā)來 的信息， 整體的改正 G P S的軌道誤差， 電離層 ， 對流層和大氣折射 引起 的誤差 ，將高精度的差分信號發(fā)給移動站 。這個差分信號的效果相 當于在移動站旁邊，生成一個虛擬的參考基 站，移動站與虛擬參考站進行載波相位差分 改正 ，實現(xiàn)實時R

17、 T K。從而解決了 R T K作業(yè)距離上的限制問題 ， 并保證了用 戶 的精度 。如 圖 2 。圈圈 1iR a w． ? ? ? ? ? ? ． ． j ? ? ? 虛 擬 參 考 站 i? ． ． ． ? ? ? ． ? ． ． ：區(qū) 舭員圈I ● 考 站 3ll ， 習 站 ‘ I；—— — — — — 一 R a wD a t a：：： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ．

18、j ? ? ? ? j圖 2V R S原理 圖 2 ． 2連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務 系統(tǒng)( C O R S )C O RS 將 網(wǎng)絡化概念 引入到 了大地測量應用 中， 不僅 為測 繪行業(yè)帶來深刻的變革， 而且也將為現(xiàn)代社會帶來新的位置、時間信息的服務模式 。按照服務 響應時間區(qū)分， C O RS 可分為 靜態(tài)或準動態(tài)和實時動態(tài)兩種類型。靜態(tài) 或準動態(tài) 的 C OR S主要采用事后或準動態(tài)的精密處理技術， 實時動態(tài) C O R S 主要 采

19、用實時相位 差分技術， 近年則以網(wǎng)絡 R T K 技術為主要發(fā)展 方 向， 實 際上， 實時動態(tài) C O R S包含 了靜態(tài)或準動態(tài) C O R S的 全部功能。城市 C O R S 多 由衛(wèi)星跟蹤基準站 、 系統(tǒng)控 制中心 、 用戶數(shù) 據(jù) 中心、 用戶應用 、 數(shù)據(jù)通信 5 個子系統(tǒng)組成， 各子系統(tǒng) 由數(shù)字 通信子系統(tǒng)互聯(lián)， 形成一個分布于整個城市的局域網(wǎng)( 城域網(wǎng)) 。2 ． 3網(wǎng)絡 R T K相關誤差來源及建模技術 網(wǎng)絡 R T

20、K受到網(wǎng)絡 R T K系統(tǒng)的部分影響( 1 ) 受網(wǎng)絡的影 響， 如果某個基準站離線 ， 對部分流動站作業(yè)將有一定影響：( 2 ) 在誤差模型方面 ， 如果 電離層和對流層異?；钴S ， 采用的模 型將 可能不穩(wěn)定、 不正確， 實時獲得的流動站點位 成果 可靠性 無法保證 ： ( 3 ) 連續(xù)作業(yè)時 ， 為保證實時性及效率 ， 未重新生成 虛擬站位置及 數(shù)據(jù) ， 一定范 圍內( 如 5 k m) 仍采用初始 已得固定 點位 的差分信息，

21、這樣， 差分信息對流動 站的實際位置將不一 定合適 。電離層是影響 R T K 測量 的重要 因素 。常規(guī) R T K測量 中可 以通過雙頻觀測或 同步觀測值求差來 削弱 電離層折射的影 響。而網(wǎng)絡 R T K技術 中由于 GP S觀測值殘 差不僅包括大氣 誤差和軌道誤差等距離相關誤差，還包括 多路徑效應和觀測 噪聲等隨機或半隨機誤差的影響，從而造成改正數(shù)計算模型 產(chǎn)生偏差， 使網(wǎng)絡 R T K的精度降低 。誤差分類建模實現(xiàn)模型 精化，

22、 是解決上述 問題的有效手段。 誤差分類建模不僅是實現(xiàn) 虛擬參考站 ( V R S ) 技術 中誤差分離和移動 計算理論 的核心， 也是基 于 V R S模型以提 高網(wǎng)絡 R T K系統(tǒng)性能和定位精度過程 中急待解決的問題． 電離層延遲誤差在時間和 空間上存在著 較 大的無序性和復雜的變化趨勢， 是影 響移動用戶 ( 尤其是單頻 用戶) 定位精度和可靠性 的主要 因素 。3 結論 網(wǎng)絡 R T K技術代表 了 GP S發(fā)展的方向，其中

23、V R S是 網(wǎng) 絡 R T K技術 中最有前途 的一種 。 基 于網(wǎng)絡 R T K技術 的 C O R S系統(tǒng)將給我們的生活帶來一場 巨大的改變，極大的促進我 國 的城市數(shù)字化，推進我 國的社會經(jīng)濟建 設。將來在我 國必將 掀起一場建設 C O R S系統(tǒng)的熱潮。參考文獻 ：【 1 】徐紹銓 張華海等． G P S 測量原理及應用【 M】 ． 武漢 ： 武漢大學 出 版社， 2 0 0 3 ．[ 2 】 李成 鋼， 黃丁發(fā)等． G P