RTK差分技术原理

误差分类

现在假设一个工厂人员定位场景,有三个角色:卫星、工卡、RTK参考基站。最朴素的卫星定位算法是三星定位——三个球确定两个点(最后通过常识排除另外一点)。这里使用的是伪距,伪距是信号传播时延乘光速,这里由于时钟误差、多径效应、大气延迟等,导致计算出来的距离并不是真正的接收机和卫星之间的距离。同时,为了消除用户钟差带来的影响,必须用四颗卫星获得地面三维坐标。

定位过程中的误差分类:
用户接收机共有的:卫星钟误差、星历误差、电离层误 差、对流层误差等。
传播延迟误差:不能由用户测量或由校正模型来计算。
各用户接收机所固有的误差:内部噪声、通道延迟、多径效应等。

通过RTK技术可以完全消除第一部分误差,消除第二部分的大部分误差,第三部分的误差不能被消除。

差分定位原理

差分定位分为:位置差分、伪距差分和载波相位差分。三种方法的工作原理相同,都是基准站获得差分数据,用户机通过差分数据对测量结果进行修正。为什么基准站能够获得差分数据呢?首先基准站的位置是真实且已知的,基准站通过四星定位计算出估计的位置,这个位置和已知位置进行比较,得出差分数据。在这个基站的覆盖范围内部,所有的用户机和基站都是共享同样的公共误差和传播延时误差。用户机便可使用差分数据修正自己计算出来的位置得到更为精确的位置。

位置差分原理

最简单的差分方法。首先安装在基准站的GNSS接收机收到四颗卫星的信息,解算出自身的三维位置,和真实位置相比,得到误差。用户机也接收四颗卫星的信息,解算位置,然后再减去这个误差得到修正后的坐标。

伪距差分原理

基准站计算它和自身可见卫星的距离1,距离1和含有误差的测量值2进行比较,并用一个 α \alpha α- β \beta β滤波器将此差值滤波得到误差值,用户机在解算的位置后减去这个误差得到自身位置,这样就能消除公共误差。伪距差分最优能够达到亚米级定位精度。

载波相位差分原理(RTK)

当用户距离基准站比较远时,上述两种差分技术效果下降。实现差分方法有两种,一种是基准站计算修正量并将其发给用户机(修正法)。另一种是基准站直接发送其载波观测值和真实坐标信息给用户,用户接收GNSS的载波信号和基准站的载波信号,进行差分处理(差分法),得到厘米级精度定位。

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