RTK技術(shù)原理和應(yīng)用

RTK技術(shù)原理和應(yīng)用演示文稿目前一頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)

1全球定位系統(tǒng)-GPS

授時(shí)與測距導(dǎo)航系統(tǒng)/全球定位系統(tǒng)(NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem--GPS)：是以人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可提供高精度、全天候、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位、定時(shí)及導(dǎo)航服務(wù)。目前二頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)1.1GPS系統(tǒng)由三個(gè)獨(dú)立的部分組成空間部分：21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星（白色）。它們在高度20200km的近圓形軌道上運(yùn)行，分布在六個(gè)軌道面上，軌道傾角55°，兩個(gè)軌道面之間在經(jīng)度上相隔60°，每個(gè)軌道面上布放四顆衛(wèi)星。衛(wèi)星在空間的這種配置，保障了在地球上任意地點(diǎn)，任意時(shí)刻，至少同時(shí)可見到四顆衛(wèi)星。目前三頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)

地面支撐系統(tǒng)：1個(gè)主控站，3個(gè)注入站，5個(gè)監(jiān)測站。它向GPS導(dǎo)航衛(wèi)星提供一系列描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù)；監(jiān)控衛(wèi)星沿著預(yù)定軌道運(yùn)行；保持各顆衛(wèi)星處于GPS時(shí)間系統(tǒng)及監(jiān)控衛(wèi)星上各種設(shè)備是否正常工作等。目前四頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)

用戶設(shè)備部分：GPS接收機(jī)——接收衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到接收機(jī)所在點(diǎn)位的導(dǎo)航和定位信息。通常會(huì)顯示出用戶的位置、速度和時(shí)間。還可顯示一些附加數(shù)據(jù)，如到航路點(diǎn)的距離和航向或提供圖示。目前五頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)GPS控制網(wǎng)國家測繪局目前六頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)1.2GNSS定位的基本原理(1)絕對定位目前七頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)1.2GNSS定位的基本原理(2)需解決的兩個(gè)關(guān)鍵問題如何確定衛(wèi)星的位置如何測量出站星距離？目前八頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)1.3GPS衛(wèi)星信號(hào)的組成和觀測值類型(1)GPS衛(wèi)星信號(hào)的組成部分載波（Carrier）L1L2測距碼（RangingCode）C/A碼（目前只被調(diào)制在L1上，新一代衛(wèi)星L2上）P(Y)碼（被分別調(diào)制在L1和L2上）衛(wèi)星（導(dǎo)航）電文（Message）目前九頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)GNSS定位技術(shù)發(fā)展歷史非差相位精密單點(diǎn)定位（PPP）網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)偽距單點(diǎn)定位偽距差分定位載波靜態(tài)定位絕對定位相對定位常規(guī)RTK廣域差分定位定位技術(shù)-X第一代第二代第三代第四代目前十頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)目前GNSS定位研究的熱點(diǎn)非差相位精密單點(diǎn)定位技術(shù)結(jié)合廣域差分技術(shù)和單點(diǎn)定位技術(shù)。要求：精密衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘參數(shù)。定位精度：0.1-0.5m網(wǎng)絡(luò)RTK定位技術(shù)結(jié)合RTK和基準(zhǔn)站技術(shù)要求：在區(qū)域內(nèi)架設(shè)多個(gè)基準(zhǔn)站定位精度：0.01-0.05m（水平實(shí)時(shí)）目前十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)精密單點(diǎn)定位概念及原理

利用預(yù)報(bào)的GPS衛(wèi)星的精密星歷或事后的精密星歷作為已知坐標(biāo)起算數(shù)據(jù)；同時(shí)利用某種方式得到的精密衛(wèi)星鐘差來替代用戶GPS定位觀測值方程中的衛(wèi)星鐘差參數(shù)；用戶利用單臺(tái)GPS雙頻雙碼接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)在在數(shù)千萬平方公里乃至全球范圍內(nèi)的任意位置都可以分米級(jí)的精度進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位或以厘米級(jí)的精度進(jìn)行較快速的靜態(tài)定位，這一導(dǎo)航定位方法稱為精密單點(diǎn)定位（PrecisePointPositioning），簡稱為（PPP）。

目前十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)精密單點(diǎn)定位優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：處理非差偽距和相位觀測值估計(jì)位置、接收機(jī)鐘差、對流層延遲歷元支持靜態(tài)和動(dòng)態(tài)定位支持全球定位與坐標(biāo)框架直接聯(lián)系無需基準(zhǔn)站支持即可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)到分米級(jí)定位提高效益，降低成本挑戰(zhàn)衛(wèi)星星歷和鐘差的可用性問題相位模糊度收斂問題誤差處理問題目前十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星軌道誤差衛(wèi)星鐘差相對論效應(yīng)與傳播途徑有關(guān)的誤差電離層延遲對流層延遲多路徑效應(yīng)與接收設(shè)備有關(guān)的誤差接收機(jī)天線相位中心的偏移和變化接收機(jī)鐘差接收機(jī)內(nèi)部噪聲1.5GNSS誤差源的分類目前十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)消除或消弱各種誤差影響的方法①模型改正法原理：利用模型計(jì)算出誤差影響的大小，直接對觀測值進(jìn)行修正適用情況：對誤差的特性、機(jī)制及產(chǎn)生原因有較深刻了解，能建立理論或經(jīng)驗(yàn)公式所針對的誤差源相對論效應(yīng)電離層延遲對流層延遲衛(wèi)星鐘差限制：有些誤差難以模型化目前十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)消除或消弱各種誤差影響的方法②求差法原理：通過觀測值間一定方式的相互求差，消去或消弱求差觀測值中所包含的相同或相似的誤差影響適用情況：誤差具有較強(qiáng)的空間、時(shí)間或其它類型的相關(guān)性。所針對的誤差源如電離層延遲對流層延遲衛(wèi)星軌道誤差限制：空間相關(guān)性將隨測站間距離的增加而減弱目前十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)消除或消弱各種誤差影響的方法③參數(shù)法原理：采用參數(shù)估計(jì)的方法，將系統(tǒng)性偏差求定出來適用情況：幾乎適用于任何的情況限制：不能同時(shí)將所有影響均作為參數(shù)來估計(jì)目前十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)3.常規(guī)RTK技術(shù)3.1概述3.2RTK類型3.3RTK系統(tǒng)3.4RTK的作業(yè)誤差3.5多基準(zhǔn)站RTK3.6RTK應(yīng)用常見問題目前十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)3.1RTK概述RTK（RealTimeKinematics）：利用載波相位進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。RTK算法本質(zhì)上是載波相位相對處理：單差，雙差。RTK技術(shù)的關(guān)鍵是動(dòng)態(tài)雙差整周模糊度搜索和定位可靠性。FARA技術(shù)LAMDA技術(shù)雙頻P碼技術(shù)OTF技術(shù)……目前十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)3.2RTK類型載波相位差分基準(zhǔn)站發(fā)送未改正的觀測值RTCMSC-104數(shù)據(jù)報(bào)文18，19精度：厘米級(jí)準(zhǔn)載波相位差分基準(zhǔn)站發(fā)送載波相位改正值RTCMSC-104數(shù)據(jù)報(bào)文20，21精度：分米級(jí)目前二十頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)3.3RTK系統(tǒng)基準(zhǔn)站單元，數(shù)據(jù)鏈單元，流動(dòng)站單元基準(zhǔn)站流動(dòng)站目前二十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)RTK系統(tǒng)-基準(zhǔn)站要求：雙頻，具有RTK差分基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)輸出功能，帶有可抑制多路徑效應(yīng)的天線。觀測值：P1，P2，L1，L2采樣率：根據(jù)實(shí)際要求，一般要求1S或以上。輸出：RTCMSC104標(biāo)準(zhǔn)格式或CMRplus。結(jié)構(gòu)：GPS接收機(jī)、天線、數(shù)據(jù)發(fā)播設(shè)備目前二十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)3.4RTK作業(yè)誤差與衛(wèi)星有關(guān)與傳播路徑有關(guān)與接收機(jī)有關(guān)與觀測環(huán)境有關(guān)目前二十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)3.5多基站RTK流動(dòng)站處理方式單站處理根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度或距離選擇基準(zhǔn)站進(jìn)行常規(guī)RTK作業(yè)在某基準(zhǔn)站出問題的情況下進(jìn)行切換。本質(zhì)上是常規(guī)RTK。要求流動(dòng)站通信設(shè)備具備自動(dòng)掃頻功能。多站處理同時(shí)接收各基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，處理時(shí)進(jìn)行加權(quán)或組合處理對接收機(jī)運(yùn)算能力要求很高要求流動(dòng)站通信設(shè)備具備多通道接收能力。目前二十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)3.6RTK常見問題可用性可靠性適用性定位延遲目前二十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)常規(guī)RTK存在的問題工作距離短定位精度隨距離的增加而顯著降低單參考站模式可靠性差大的區(qū)域內(nèi)作業(yè)需要多次設(shè)站或設(shè)立多個(gè)參考站。目前二十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)RTK作業(yè)可用性問題可用性問題：初始化時(shí)間過長（浮動(dòng)解到固定解的時(shí)間），主要受衛(wèi)星數(shù)、電離層、多路徑等綜合影響?？臻g可用性距離：一般作業(yè)不要超過15km，南方地區(qū)更短。環(huán)境：實(shí)驗(yàn)表明，距離地面1-2米的地方多路徑影響最為明顯。時(shí)間可用性時(shí)間段：避免中午及下午電離層高峰時(shí)期的作業(yè)衛(wèi)星數(shù)：6顆衛(wèi)星作業(yè)較為可靠。目前二十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)RTK作業(yè)中可靠性的問題可靠性問題：固定解的可靠程度精度指標(biāo)：各種儀器給出的RTK精度實(shí)際上是固定整周后的定位精度（內(nèi)符合），不是與已知結(jié)果的比較（外符合）。整周固定：某些情況下固定的整周數(shù)是錯(cuò)誤的，內(nèi)符合很好，但外符合很差?？煽啃灾笜?biāo)：某些儀器給出了95%、99%或者99。999%的精度指標(biāo)，實(shí)際是可靠性指標(biāo)，即達(dá)到正常精度的概率。目前二十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)RTK作業(yè)中適用性和定位延遲適用性問題：遮擋條件下的作業(yè)原因：遮擋造成信號(hào)失鎖，導(dǎo)致重新搜索整周解決方法：單歷元整周模糊度的固定，但目前的算法可靠性不高，是目前的研究熱點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)中初始化：OTF，必須具備雙頻，采樣率提高會(huì)有一定的好處。定位延遲原因：信號(hào)傳輸、RTK計(jì)算解決方法：控制運(yùn)動(dòng)速度，正反向運(yùn)動(dòng)。目前二十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)5.1網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的定義網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)

在某一區(qū)域內(nèi)建立多個(gè)(一般為3個(gè)或3個(gè)以上)的GNSS基準(zhǔn)站,對該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋,并以這些基準(zhǔn)站中的一個(gè)或多個(gè)為基準(zhǔn),計(jì)算和發(fā)播GNSS改正信息,對該地區(qū)內(nèi)的GNSS用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)改正的定位方式,稱為GNSS網(wǎng)絡(luò)RTK。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)包括了利用連續(xù)運(yùn)行GNSS參考站網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊、無線通訊、GNSS高精度定位技術(shù)等，為覆蓋范圍內(nèi)的流動(dòng)站用戶實(shí)時(shí)提供高精度的GNSS定位結(jié)果的一系列技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立起來的實(shí)時(shí)GNSS連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。硬件，軟件，服務(wù)綜合目前三十頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)RTK,PPP和CORS網(wǎng)絡(luò)RTK是一種技術(shù)，是相對于常規(guī)RTK提出出來的。PPP是一種技術(shù)，是相對應(yīng)單點(diǎn)定位（SPP)提出來的。網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)是CORS系統(tǒng)中為用戶提供實(shí)時(shí)高精度動(dòng)態(tài)定位服務(wù)系統(tǒng)CORS是一種基礎(chǔ)設(shè)施、系統(tǒng)，可以應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)、PPP技術(shù)為用戶提供實(shí)時(shí)服務(wù)。同時(shí)CORS還具有很多其他的功能目前三十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)-CORSCORS是利用GNSS技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，提供移動(dòng)定位、動(dòng)態(tài)框架等空間位置信息的服務(wù)系統(tǒng)。CORS不僅是動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的空間數(shù)據(jù)參考框架，同時(shí)也是快速、高精度獲取空間數(shù)據(jù)和地理特征的設(shè)施之一。CORS是地球空間信息網(wǎng)格的網(wǎng)格具體應(yīng)用，同時(shí)也是RT-CORS也是構(gòu)造層重要的組成部分，提供網(wǎng)格框架基準(zhǔn)。目前三十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)5.2網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的基本思想目的解決差分GNSS定位中，流動(dòng)站離基準(zhǔn)站距離較遠(yuǎn)情況下，差分觀測值的某些誤差殘余大（對流層，電離層等），無法實(shí)現(xiàn)精確定位的問題。方法利用流動(dòng)站周圍的基準(zhǔn)站的觀測數(shù)據(jù)和已知坐標(biāo)，計(jì)算出流動(dòng)站處的誤差改正數(shù)C(XC,YC)A(XA,YA)B(XB,YB)u(Xu,Yu)目前三十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)5.3網(wǎng)絡(luò)RTK的優(yōu)勢（相對于常規(guī)RTK）覆蓋范圍更廣成本更低精度和可靠性更高應(yīng)用范圍更廣改進(jìn)了OTF初始化時(shí)間目前三十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)常規(guī)RTK與網(wǎng)絡(luò)RTK－覆蓋范圍和精度目前三十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)5.5網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)示意圖目前三十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)示意圖目前三十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的作用提供GPS基準(zhǔn)站原始數(shù)據(jù)服務(wù)分米級(jí)實(shí)時(shí)定位可以滿足城市和市政測圖、資源管理、精細(xì)農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、水利測量、車輛自動(dòng)定位導(dǎo)航系統(tǒng)、GIS，資產(chǎn)和市政管理等厘米級(jí)高精度定位可以滿足地籍測量、建筑放樣和施工控制、港口和受限制水道的精密導(dǎo)航、線路道路測量、高精度資產(chǎn)管理、地形測量和工程測量、油氣勘探等

目前三十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)流動(dòng)站通訊作業(yè)模式單向數(shù)據(jù)通訊用戶數(shù)量不限全網(wǎng)統(tǒng)一播發(fā)誤差改正數(shù)，流動(dòng)站的誤差在流動(dòng)站處計(jì)算用戶只接收，不發(fā)播雙向數(shù)據(jù)通訊用戶具有數(shù)量限制用戶發(fā)播自己的概略位置，處理中心計(jì)算相應(yīng)的誤差改正數(shù)或生成虛擬觀測值，回發(fā)給用戶目前三十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)5.6網(wǎng)絡(luò)RTK定位中誤差的分類及處理方法與接收機(jī)測站有關(guān)的誤差接收機(jī)鐘差（單點(diǎn)定位求出概略鐘差，星間求差消除）接收機(jī)天線相位偏差（參數(shù)改正）固體潮改正（基線長度<100km忽略;>100km模型改正）大洋負(fù)荷改正(離海岸線距離>1000km忽略；<1000km模型改正)地球自轉(zhuǎn)改正（模型改正）與衛(wèi)星有關(guān)的誤差衛(wèi)星鐘差（星歷中參數(shù)模型改正，多基準(zhǔn)參數(shù)估計(jì)，測站間求差消除）衛(wèi)星軌道誤差（多基準(zhǔn)參數(shù)估計(jì)、線性組合消除，精密星歷）天線相位偏差（發(fā)射前測定，直接進(jìn)行改正）相對論效應(yīng)（發(fā)射前人為調(diào)整）與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差對流層延遲（模型改正，多基準(zhǔn)參數(shù)估計(jì)）電離層延遲（模型改正，無電離層組合，多基準(zhǔn)參數(shù)估計(jì)）多路徑效應(yīng)（抑徑圈，好的觀測條件）目前四十頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)多路徑誤差與多路徑效應(yīng)多路徑（Multipath）誤差在GPS測量中，被測站附近的物體所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）被接收機(jī)天線所接收，與直接來自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑誤差”。多路徑效應(yīng)由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)稱為多路徑效應(yīng)。目前四十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)應(yīng)對多路徑誤差的方法①觀測上選擇合適的測站，避開易產(chǎn)生多路徑的環(huán)境易發(fā)生多路徑的環(huán)境目前四十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)應(yīng)對多路徑誤差的方法②硬件上采用抗多路徑誤差的儀器設(shè)備抗多路徑的天線：帶抑徑板或抑徑圈的天線，極化天線抗多路徑的接收機(jī)：窄相關(guān)技術(shù)MEDLL(MultipathEstimatingDelayLockLoop)等抗多路徑效應(yīng)的天線目前四十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)5.8網(wǎng)絡(luò)RTK目前主要技術(shù)和方法虛擬參考站(VRS)HerbertLandau等2001提出（Trimble）基本思想：虛擬參考站觀測值作業(yè)模式：雙向數(shù)據(jù)通訊主輔站技術(shù)（MAX)徠卡公司基于“主輔站概念”提出基本思想：主輔站誤差改正數(shù)作業(yè)模式：雙向數(shù)據(jù)通訊，單向數(shù)據(jù)通訊區(qū)域改正參數(shù)法(FKP)德國的Geo++GmbH最早提出基本思想：區(qū)域誤差改正參數(shù)作業(yè)模式：單向數(shù)據(jù)通訊綜合誤差內(nèi)插法（CBI）武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心基本思想：綜合誤差作業(yè)模式：雙向數(shù)據(jù)通訊，單向數(shù)據(jù)通訊目前四十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)虛擬參考站法(VRS)HerbertLandau等2001提出（Trimble）基本思想利用參考站網(wǎng)數(shù)據(jù)建立起各種誤差模型流動(dòng)站先發(fā)送概略坐標(biāo)給數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心生成虛擬參考站觀測值，并回傳給流動(dòng)站流動(dòng)站利用虛擬參考站數(shù)據(jù)和流動(dòng)站數(shù)據(jù)進(jìn)行差分，得到高精度定位結(jié)果作業(yè)模式雙向數(shù)據(jù)通訊C(XC,YC)A(XA,YA)B(XB,YB)u(Xu,Yu)P(XP,YP)目前四十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)VRS作業(yè)流程VRSNMEARTCM目前四十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十六點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)精度測試方法靜