GPS/北斗RTK差分定位系統(tǒng)的技術(shù)原理以及應(yīng)用領(lǐng)域

全球定位系統(tǒng)（GPS）和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）都是使用衛(wèi)星提供定位和導(dǎo)航信息的先進(jìn)系統(tǒng)，它們在各個行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。本文將探討GPS/北斗RTK差分定位系統(tǒng)的技術(shù)原理以及應(yīng)用領(lǐng)域。

差分定位系統(tǒng)是一種高精度定位技術(shù)，利用多個接收器同時接收衛(wèi)星信號并進(jìn)行差分計(jì)算，從而消除掉大部分誤差，提高定位的準(zhǔn)確性。GPS/北斗RTK差分定位系統(tǒng)基于這一原理，通過使用多個接收器來提供更可靠、更準(zhǔn)確的定位解決方案。RTK差分定位系統(tǒng)是差分定位系統(tǒng)中精度最高的，它采用的是實(shí)時動態(tài)載波相位差分技術(shù)，相比位置差分和偽距差分精度更高，定位精度可達(dá)厘米級。

RTK差分定位系統(tǒng)的技術(shù)原理

在了解RTK差分定位系統(tǒng)的技術(shù)原理之前，我們先來了解GPS和北斗定位系統(tǒng)是如何工作的，這兩個系統(tǒng)都是由一組衛(wèi)星和地面控制站組成，衛(wèi)星通過發(fā)射射頻信號，接收器接收并分析這些信號來確定自身的位置。然而，由于多種誤差的存在，單一接收器無法提供實(shí)時的高精度定位數(shù)據(jù)。因此，差分定位系統(tǒng)有了用武之地。

差分定位系統(tǒng)利用多個接收器同時接收衛(wèi)星信號，并將它們的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析。通過計(jì)算不同接收器之間的觀測值差異，可以得知信號傳輸過程中的誤差。這些誤差一般包括大氣層延遲、鐘差、多徑效應(yīng)等。在獲得這些誤差數(shù)據(jù)后，差分定位系統(tǒng)會將其應(yīng)用于單一接收器的觀測數(shù)據(jù)中，消除相同誤差源的影響，從而提供更準(zhǔn)確的位置解算結(jié)果。

根據(jù)差分定位系統(tǒng)中差分基準(zhǔn)站發(fā)送的信息方式，可將差分定位分為三類：位置差分、偽距差分（ RTD）和載波相位差分（RTK），接下來我們來分別介紹。

位置差分

已知坐標(biāo)點(diǎn)的差分定位基準(zhǔn)站實(shí)時觀測4顆衛(wèi)星后進(jìn)行三維定位，得出當(dāng)前基準(zhǔn)站的坐標(biāo)測量值；

將坐標(biāo)測量值與基準(zhǔn)站實(shí)際坐標(biāo)值的差值作為差分校正量，基準(zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將所得的差分校正量發(fā)送給流動站，流動站用接收到的差分校正量在自身衛(wèi)星接收機(jī)接收到的測量值的基礎(chǔ)上進(jìn)行坐標(biāo)修改。

注意事項(xiàng)：采用位置差分技術(shù)時，基準(zhǔn)站與流動站必須觀測同一組衛(wèi)星，流動站與基準(zhǔn)站之間的距離不超過100km。

偽距差分

偽距差分是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的一種差分技術(shù)，在一定范圍的定位區(qū)域內(nèi)，設(shè)置一個或多個定位基準(zhǔn)站，連續(xù)觀測所有在信號接收范圍內(nèi)的衛(wèi)星偽距，基準(zhǔn)站利用已知坐標(biāo)計(jì)算出自己到衛(wèi)星的幾何距離；

將幾何距離與觀測所得的偽距比較，利用一個α-β濾波器將此差值濾波并求出其偽距修正值，并將所有衛(wèi)星的偽距修正值傳輸給流動站，流動站利用此修正值來修改衛(wèi)星傳輸來的測量偽距。

注意事項(xiàng)：采用偽距差分技術(shù)時，流動站與基準(zhǔn)站距離越近，定位精度越高。

載波相位差分（RTK）

載波相位差分技術(shù)，又稱實(shí)時動態(tài)載波相位差分技術(shù)(Real Time Kinematic，RTK)；

載波相位差分技術(shù)中基準(zhǔn)站不直接傳輸關(guān)于衛(wèi)星測量的差分校正量，而是發(fā)送衛(wèi)星的測量原始值及自身坐標(biāo)信息；

流動站收到基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)后，與自身觀測衛(wèi)星的數(shù)據(jù)組成相位差分觀測值，利用組合后的測量值求出基線向量，完成相對定位，進(jìn)而推算出測量點(diǎn)的坐標(biāo)；

采用RTK進(jìn)行定位工作時，除了配備基準(zhǔn)站接收機(jī)和流動站接收機(jī)外，還需要配備數(shù)據(jù)通信設(shè)備；

基準(zhǔn)站需將自己所獲得的載波相位觀測值及基準(zhǔn)站坐標(biāo)通過數(shù)據(jù)通信鏈實(shí)時播發(fā)給在其周圍工作的動態(tài)用戶；

流動站數(shù)據(jù)處理模塊使用動態(tài)差分定位的方式確定出流動站相對應(yīng)基準(zhǔn)站的位置，然后根據(jù)基準(zhǔn)站的坐標(biāo)求得自己的瞬時絕對位置。

注意事項(xiàng)

在實(shí)際應(yīng)用中，有2種實(shí)現(xiàn)載波相位差分的方法，分別是修正法和差分法；

修正法：基準(zhǔn)站將載波相位修正量發(fā)給流動站，以改正其載波相位觀測值，得到自身坐標(biāo)；

差分法：將基準(zhǔn)站觀測的載波相位測量值發(fā)送給流動站，讓其自身求出差分修正量，從而實(shí)現(xiàn)三維定位；

前者為準(zhǔn)RTK技術(shù)，后者為真正的RTK技術(shù)。

GPS/北斗RTK差分定位系統(tǒng)就是基于實(shí)時動態(tài)載波相位差分技術(shù)，下面給大家分享該系統(tǒng)的定位原理圖：

上圖是新銳科創(chuàng)自主研發(fā)的GPS/北斗RTK差分人員定位系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由衛(wèi)星、人員定位識別卡、RTK差分基站、服務(wù)器構(gòu)成。RTK差分基站接收衛(wèi)星信號，解算出差分信息后通過4G網(wǎng)絡(luò)上報(bào)給服務(wù)器（企業(yè)內(nèi)網(wǎng)部署），服務(wù)器實(shí)時刷新最新的差分信息；人員定位識別卡接收衛(wèi)星信號，通過4G網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器，獲取最新的差分信息，從而解算出高精度經(jīng)緯度位置信息后，再通過4G網(wǎng)絡(luò)將位置信息上傳到服務(wù)器，更新卡片位置信息。

RTK差分定位系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

GPS/北斗RTK差分定位系統(tǒng)在各種應(yīng)用領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。其中一個主要的應(yīng)用領(lǐng)域是土地測量和制圖。在土地測量中，高精度的定位解決方案對于確定土地邊界、制定土地利用規(guī)劃以及進(jìn)行土地開發(fā)非常重要。差分定位系統(tǒng)能夠提供厘米級甚至更高的精度，滿足土地測量和制圖的要求。

此外，GPS/北斗RTK差分定位系統(tǒng)也廣泛應(yīng)用于航空和航海領(lǐng)域。飛機(jī)和船舶需要準(zhǔn)確的定位信息來確保導(dǎo)航的安全性。差分定位系統(tǒng)可以提供高精度的位置和導(dǎo)航信息，幫助飛行員和船長更好地掌握飛行和航海的情況。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，GPS/北斗RTK差分定位系統(tǒng)被廣泛用于現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。它可以提供農(nóng)田內(nèi)不同位置的精確坐標(biāo)，幫助農(nóng)民進(jìn)行精確施肥、播種和灌溉。此外，差分定位系統(tǒng)還可以用于農(nóng)機(jī)作業(yè)的自動導(dǎo)航，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和產(chǎn)量。

此外，GPS/北斗RTK差分定位系統(tǒng)還在測繪、建筑、資源勘探等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在測繪和建筑中，高精度的定位信息可以幫助測繪師和建筑師準(zhǔn)確測量地形、建筑物的位置和尺寸等。在資源勘探中，定位信息對于確定地下礦藏或油氣資源的位置至關(guān)重要。

GPS/北斗RTK差分定位系統(tǒng)還可以應(yīng)用于安全生產(chǎn)領(lǐng)域，通過高精度實(shí)時定位技術(shù)，企業(yè)管理人員能夠?qū)崟r掌握人員、車輛、物資的位置。通過實(shí)時定位監(jiān)管人、車、物，企業(yè)能夠及時采取措施應(yīng)對異常情況，保障員工的生產(chǎn)安全；同時基于位置數(shù)據(jù)，企業(yè)能夠安排更合理的工作流程和生產(chǎn)計(jì)劃，從而提高生產(chǎn)效率。

綜上所述，GPS/北斗RTK差分定位系統(tǒng)是一項(xiàng)在各個應(yīng)用領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用的高精度定位系統(tǒng)。它通過消除衛(wèi)星信號傳輸過程中的誤差，提供更準(zhǔn)確的定位解決方案。無論是在土地測量、航空航海、農(nóng)業(yè)、安全生產(chǎn)還是其它領(lǐng)域，GPS/北斗RTK差分定位系統(tǒng)都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

新銳科創(chuàng)是專業(yè)的室內(nèi)外高精度人員定位系統(tǒng)廠家及服務(wù)商，致力于為各行各業(yè)的合作伙伴提供全套人員定位系統(tǒng)產(chǎn)品及解決方案。自主研發(fā)了室內(nèi)外融合高精度定位系統(tǒng)，將藍(lán)牙、UWB、GPS/北斗、RTK、4G/5G、LoRa、NB-IoT等技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，系統(tǒng)具有功耗低、部署簡單、覆蓋范圍廣、容量大、穩(wěn)定性高、安全可靠、可擴(kuò)展性強(qiáng)、靈敏度高、延遲低、精度高、成本低等特點(diǎn)，適用于石油化工、園區(qū)、工廠、工地、礦山、隧道、醫(yī)院、養(yǎng)老、校園、物業(yè)、環(huán)衛(wèi)、港口、景區(qū)、物流倉儲等領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇