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搞懂RTK定位,看這一篇就夠了!

發(fā)布時(shí)間:2022-08-12 來源:移遠(yuǎn)通信 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】說到定位,相信大家一定不會(huì)覺得陌生。如今我們所處的信息時(shí)代,人人都有手機(jī)。每天,我們都會(huì)用到與地圖和導(dǎo)航有關(guān)的APP。


這些APP,就是基于定位技術(shù)的。說到定位技術(shù)呢,大家又肯定會(huì)想到GPS、北斗這些名詞。是的,這些都屬于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng),也就是GNSS(Global Navigation Satellite System)。


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正是這些在太空中飛行的衛(wèi)星,幫助我們的手機(jī)具備了定位能力,并為我們提供導(dǎo)航服務(wù)。


上面這些概念大家都是知道的。接下來,要給大家介紹一個(gè)可能比較陌生的概念:它也和衛(wèi)星有關(guān),是目前行業(yè)最常用的定位技術(shù)之一,為我們的工作和生活提供了很大的幫助,它就是——RTK。


究竟什么是RTK?有了衛(wèi)星,為什么還需要它?它有什么特點(diǎn),又是如何工作的?別急,下面將為大家一一道來。


什么是 RTK


RTK,英文全名叫做Real-time kinematic,也就是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。這是一個(gè)簡(jiǎn)稱,全稱其實(shí)應(yīng)該是RTK(Real-time kinematic,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài))載波相位差分技術(shù)。(為了方便閱讀,下面將繼續(xù)簡(jiǎn)寫為RTK。)


不要慌!這個(gè)技術(shù)雖然看上去很專業(yè),但實(shí)際原理并不復(fù)雜。


RTK是一個(gè)對(duì)GNSS進(jìn)行輔助的技術(shù)。為什么要對(duì)GNSS進(jìn)行輔助?當(dāng)然是因?yàn)镚NSS自身存在不足啦!


大家都知道,GNSS衛(wèi)星之所以能夠?qū)Φ厍蛏系慕K端(例如手機(jī)、汽車、輪船、飛機(jī)等)進(jìn)行定位,依靠的是三維坐標(biāo)系。


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找至少4顆衛(wèi)星,分別計(jì)算各個(gè)衛(wèi)星與終端之間的距離△L(這個(gè)距離也被稱為“偽距”),就可以列出4個(gè)方程組。計(jì)算之后,就能得出終端的四個(gè)參數(shù),分別是經(jīng)度、緯度,高程(海拔高度)和時(shí)間。


通過單位時(shí)間的位置變化,還能算出終端的速度。三維坐標(biāo)、速度、時(shí)間信息,我們通常稱之為PVT(Position Velocity and Time)。僅靠衛(wèi)星,我們可以得到PVT。但是,注意了,衛(wèi)星定位是存在誤差的。


誤差既來自系統(tǒng)的內(nèi)部,也來自外部。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,以及多徑效應(yīng)誤差、通道誤差、衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、內(nèi)部噪聲誤差,等等。


這些誤差,有些可以完全消除,有些無法消除或只能部分消除,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,行業(yè)專家們研究出了一個(gè)更厲害的定位技術(shù),那就是RTK。


RTK的工作原理


我們直接來看RTK的工作原理。


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如上圖所示,這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)RTK組網(wǎng)。


其中,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。


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)。顧名思義,基準(zhǔn)站是提供參考基準(zhǔn)的基站。而流動(dòng)站,是可以不斷移動(dòng)的站。流動(dòng)站其實(shí)就是要測(cè)量自身三維坐標(biāo)的那個(gè)對(duì)象目標(biāo),也就是用戶終端。


大家經(jīng)常在戶外看到一些扛著三腳架設(shè)備進(jìn)行測(cè)量的人。其中一部分人,扛的可能就是RTK基準(zhǔn)站或流動(dòng)站。


我們來仔細(xì)看看定位過程。


首先,基準(zhǔn)站作為測(cè)量基準(zhǔn),一般會(huì)固定放在開闊且視野良好的地方。基準(zhǔn)站的三維坐標(biāo)信息,一般是已知的。


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第①步,基準(zhǔn)站先觀測(cè)和接收衛(wèi)星數(shù)據(jù);


第②步,基準(zhǔn)站通過旁邊的無線電臺(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20公里;


第③步,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);


第④步,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)及其精度,其定位精度可達(dá)1cm~2cm。


至此,測(cè)量完成。


如大家所見,RTK技術(shù)具有觀測(cè)站之間無需通視(無需在視線范圍內(nèi))、定位精度高、操作簡(jiǎn)單、全天候作業(yè)等優(yōu)點(diǎn),是非常不錯(cuò)的定位技術(shù)。


網(wǎng)絡(luò)RTK vs 傳統(tǒng)RTK


剛才我們所說的,是RTK的早期模型,我們稱為傳統(tǒng)RTK技術(shù)。


傳統(tǒng)RTK技術(shù)實(shí)施簡(jiǎn)單,成本低廉。但是,它也存在一個(gè)很大的問題,那就是流動(dòng)站和基準(zhǔn)站之間存在距離限制。距離越遠(yuǎn),誤差因素差異變大,定位精度就會(huì)下降。而且,距離遠(yuǎn)了,超過了無線電臺(tái)的通信范圍,也就無法工作了。


為了克服傳統(tǒng)RTK技術(shù)的缺陷,在20世紀(jì)90年代中期,人們提出了網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。


在網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)中,在一個(gè)較大的區(qū)域內(nèi),均勻分散設(shè)置多個(gè)基準(zhǔn)站(3個(gè)或以上),構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)站網(wǎng)。


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(基準(zhǔn)站網(wǎng))


那么,這種情況下,流動(dòng)站需要和每個(gè)基準(zhǔn)站進(jìn)行對(duì)比和測(cè)算嗎?當(dāng)然不會(huì),那樣太費(fèi)事了。


網(wǎng)絡(luò)RTK相比傳統(tǒng)RTK,其實(shí)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。


多個(gè)基準(zhǔn)站組成的基準(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”。(所以,網(wǎng)絡(luò)RTK也被稱為“虛擬基準(zhǔn)站技術(shù)”或“虛擬參考站技術(shù)”。)


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對(duì)于流動(dòng)站來說,它只會(huì)“看到”這個(gè)“虛擬基準(zhǔn)站”?;谶@個(gè)“虛擬基準(zhǔn)站”發(fā)來的數(shù)據(jù),流動(dòng)站完成最終的測(cè)量運(yùn)算。


網(wǎng)絡(luò)RTK的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。


大家應(yīng)該都看出來了,我們平時(shí)看到的移動(dòng)通信基站,其實(shí)就可以兼職“基準(zhǔn)站”。我們身邊到處都是基站,也就意味著,網(wǎng)絡(luò)RTK基本上實(shí)現(xiàn)了無縫覆蓋。


首先,流動(dòng)站與中央服務(wù)器的通信,也可以通過流動(dòng)站(終端)內(nèi)置的無線通信模組來完成。這些高精度定位模組,集成了RTK技術(shù),且本身也是移動(dòng)通信模組,可以實(shí)現(xiàn)上述功能。


其次,對(duì)于用戶來說,不需要自建基準(zhǔn)站,節(jié)約了大量成本(只需要支付一些通訊費(fèi)用)。


第三,精度和可靠性更高。畢竟基準(zhǔn)站多了嘛,就算壞了一兩個(gè),也影響不大。


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值得一提的是,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)定下發(fā),才能實(shí)現(xiàn)超高定位精度。


結(jié)語


RTK技術(shù)經(jīng)過多年的積累,已經(jīng)變得越來越成熟。它的高精度、高速度、高穩(wěn)定性特點(diǎn),使得其被測(cè)繪、無人機(jī)、車載、安防等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。


作為領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案供應(yīng)商,移遠(yuǎn)通信已推出多款集成RTK/DR技術(shù)的GNSS模組,包括近期發(fā)布的雙頻段高精度/INS組合導(dǎo)航定位模組LC29H系列,可以滿足無人機(jī)、共享兩輪車等場(chǎng)景的厘米級(jí)或分米級(jí)定位需求。而集成了RTK/DR技術(shù)的車規(guī)級(jí)GNSS高精度/INS組合導(dǎo)航定位模組LG69T系列,更是在為大型整車廠和Tier 1客戶提供厘米級(jí)定位追蹤服務(wù)。


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未來,RTK技術(shù)將會(huì)向更遠(yuǎn)距離、更高精度、多頻多模、更高穩(wěn)定性的方向發(fā)展。讓我們拭目以待!



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