您了解RTK技術(shù)嗎？—— 揭秘GNSS中的定位技術(shù)

上期文章中我們一起探討了GNSS仿真及其對(duì)測(cè)試驗(yàn)證的重要意義，今天我們將一起走進(jìn)GNSS中的定位技術(shù)—RTK技術(shù)。什么是RTK技術(shù)？傳統(tǒng)RTK技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)又有什么區(qū)別呢？

隨著GNSS系統(tǒng)的迅速發(fā)展，RTK技術(shù)由于可以在作業(yè)區(qū)域內(nèi)提供實(shí)時(shí)的厘米級(jí)定位精度，在自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和工業(yè)機(jī)器人等方面得到了廣泛的應(yīng)用。RTK技術(shù)全稱為RTK（Real-time kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）載波相位差分技術(shù)，是一種對(duì)GNSS進(jìn)行輔助的技術(shù)。

GNSS衛(wèi)星之所以能夠?qū)Φ厍虻慕K端進(jìn)行定位，依靠的其實(shí)是三維坐標(biāo)系，通過(guò)四顆衛(wèi)星分別計(jì)算各個(gè)衛(wèi)星與終端的距離△L，組成四個(gè)方程組后進(jìn)行計(jì)算，分別得到經(jīng)度、緯度、高程和時(shí)間。通過(guò)單位時(shí)間的位置變化，計(jì)算出終端的速度，三維坐標(biāo)以及時(shí)間信息。

然而，衛(wèi)星定位是存在誤差的，誤差既來(lái)自系統(tǒng)的內(nèi)部，也來(lái)自外部。例如衛(wèi)星信號(hào)穿透電離層和對(duì)流層時(shí)產(chǎn)生的誤差，還有衛(wèi)星高速移動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)引起的誤差等等，它們影響了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。為了更好地消除誤差、提高定位精度，即出現(xiàn)了RTK定位技術(shù)。

除了衛(wèi)星之外，RTK系統(tǒng)包括兩個(gè)重要組成部分——基準(zhǔn)站和流動(dòng)站，這兩個(gè)站都帶有衛(wèi)星接收機(jī)，可以觀測(cè)和接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)。定位過(guò)程如下：

1. 基準(zhǔn)站先觀測(cè)和接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)；
2. 基準(zhǔn)站通過(guò)旁邊的無(wú)線電臺(tái)（數(shù)據(jù)鏈），將觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給流動(dòng)站（距離一般不超過(guò)20公里）；
3. 流動(dòng)站收到基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的同時(shí)，也觀測(cè)和接收了衛(wèi)星數(shù)據(jù)；
4. 流動(dòng)站在基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)和自身數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)相對(duì)定位原理，進(jìn)行實(shí)時(shí)差分運(yùn)算，從而解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及精度，其定位精度可達(dá)1cm~2cm。即完成定位。

以上所述的定位技術(shù)是傳統(tǒng)的RTK技術(shù)，它存在一個(gè)問(wèn)題：流動(dòng)站和基準(zhǔn)站之間存在距離限制。為了解決這個(gè)問(wèn)題，即出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)RTK相比于傳統(tǒng)RTK是用區(qū)域型的GNSS網(wǎng)絡(luò)誤差模型取代了單點(diǎn)GNSS誤差模型。

網(wǎng)絡(luò)RTK用多個(gè)基準(zhǔn)站組成基準(zhǔn)站網(wǎng)，它們將數(shù)據(jù)發(fā)給中央服務(wù)器。中央服務(wù)器會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)模擬出一個(gè)“虛擬基準(zhǔn)站”，因此，網(wǎng)絡(luò)RTK也被稱為“虛擬基準(zhǔn)站技術(shù)”。對(duì)于流動(dòng)站來(lái)說(shuō)，它只會(huì)看到這個(gè)“虛擬基準(zhǔn)站”，基于這個(gè)“虛擬基準(zhǔn)站”發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)完成最終的測(cè)量運(yùn)算。

在網(wǎng)絡(luò)RTK的模型中，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性對(duì)定位精度影響極大，必須保證網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定，從而確保差分?jǐn)?shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，才能實(shí)現(xiàn)超高定位精度。目前許多GNSS模擬器中也能通過(guò)RTCM消息生成虛擬基站。

虹科Orolia GSG-8高級(jí)模擬器基于Skydel模擬引擎，具有高級(jí)干擾和欺騙模擬選項(xiàng)，用于在實(shí)際條件下進(jìn)行測(cè)試。虹科Orolia Skydel軟件還能夠按需求進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)，以提高全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器測(cè)試的準(zhǔn)確性和完整性。虹科提供專門(mén)設(shè)計(jì)和制造的模擬解決方案，以滿足多種最新應(yīng)用的要求，從而以高精度進(jìn)行GNSS信號(hào)的接收測(cè)試，并帶來(lái)以下三種解決方案：

方案一： 通過(guò)一臺(tái)模擬器進(jìn)行，在GNSS模擬器中模擬衛(wèi)星信號(hào)，轉(zhuǎn)化為射頻信號(hào)后由流動(dòng)接收機(jī)進(jìn)行接收，同時(shí)串行傳輸RTCM消息給接收機(jī)，從而計(jì)算出高精度的定位，但是這種方案一般應(yīng)用于已知接收機(jī)有RTK的功能。

方案二：使用兩臺(tái)GNSS模擬器，創(chuàng)建相同的模擬，需要同時(shí)使用同一個(gè)時(shí)鐘源讓它們實(shí)現(xiàn)同步，然后同樣把衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)化為射頻信號(hào)，一個(gè)傳送給基準(zhǔn)站接收機(jī)，另一個(gè)送給流動(dòng)站接收機(jī)，同時(shí)基準(zhǔn)站接收機(jī)會(huì)發(fā)送RTCM消息給流動(dòng)站，然后流動(dòng)站計(jì)算，實(shí)現(xiàn)高精度定位。

方案三： 使用同一個(gè)模擬器創(chuàng)建模擬，可以不使用同步，兩路信號(hào)同樣一個(gè)給基站，一個(gè)給流動(dòng)站；然后基站再發(fā)送RTCM消息給流動(dòng)站，流動(dòng)站計(jì)算，實(shí)現(xiàn)高精度定位。