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仿真及其對測試驗證的重要意義，今天我們將一起走進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)提供實時的厘米級定位精度，在自動駕駛、無人機、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和工業(yè)機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，實時動態(tài)）載波相位差分技術(shù)，是一種對GNSS進行輔助的技術(shù)。

GNSS衛(wèi)星之所以能夠?qū)Φ厍虻慕K端進行定位，依靠的其實是三維坐標(biāo)系，通過四顆衛(wèi)星分別計算各個衛(wèi)星與終端的距離△L，組成四個方程組后進行計算，分別得到經(jīng)度、緯度、高程和時間。通過單位時間的位置變化，計算出終端的速度，三維坐標(biāo)以及時間信息。

然而，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)星信號穿透電離層和對流層時產(chǎn)生的誤差，還有衛(wèi)星高速移動產(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)包括兩個重要組成部分——基準(zhǔn)站和流動站，這兩個站都帶有衛(wèi)星接收機，可以觀測和接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)。定位過程如下：

1. 基準(zhǔn)站先觀測和接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)；
2. 基準(zhǔn)站通過旁邊的無線電臺（數(shù)據(jù)鏈），將觀測數(shù)據(jù)實時發(fā)送給流動站（距離一般不超過20公里）；
3. 流動站收到基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的同時，也觀測和接收了衛(wèi)星數(shù)據(jù)；
4. 流動站在基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)和自身數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)相對定位原理，進行實時差分運算，從而解算出流動站的三維坐標(biāo)及精度，其定位精度可達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)，它存在一個問題：流動站和基準(zhǔn)站之間存在距離限制。為了解決這個問題，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GNSS誤差模型。

網(wǎng)絡(luò)RTK用多個基準(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)器會根據(jù)數(shù)據(jù)模擬出一個“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)”。對于流動站來說，它只會看到這個“虛擬基準(zhǔn)站”，基于這個“虛擬基準(zhǔn)站”發(fā)來的數(shù)據(jù)完成最終的測量運算。

在網(wǎng)絡(luò)RTK的模型中，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性對定位精度影響極大，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，才能實現(xiàn)超高定位精度。目前許多GNSS模擬器中也能通過RTCM消息生成虛擬基站。

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

方案一： 通過一臺模擬器進行，在GNSS模擬器中模擬衛(wèi)星信號，轉(zhuǎn)化為射頻信號后由流動接收機進行接收，同時串行傳輸RTCM消息給接收機，從而計算出高精度的定位，但是這種方案一般應(yīng)用于已知接收機有RTK的功能。

方案二：使用兩臺GNSS模擬器，創(chuàng)建相同的模擬，需要同時使用同一個時鐘源讓它們實現(xiàn)同步，然后同樣把衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)化為射頻信號，一個傳送給基準(zhǔn)站接收機，另一個送給流動站接收機，同時基準(zhǔn)站接收機會發(fā)送RTCM消息給流動站，然后流動站計算，實現(xiàn)高精度定位。

方案三： 使用同一個模擬器創(chuàng)建模擬，可以不使用同步，兩路信號同樣一個給基站，一個給流動站；然后基站再發(fā)送RTCM消息給流動站，流動站計算，實現(xiàn)高精度定位。