基于动态RTK稳定性与可靠性的研究

摘要：本文主要的介绍了GPS、RTK技术的原理及其方法，以及影响RTK测量的诸多因素，并对RTK数据的稳定性和准确性以及其它特性作了具体的外业实验。通过实验，得到了关于RTK技术测量的一些结论，并对结论进行了讨论，以及对于RTK的问题提出了一些解决方法。

关键词：是实时动态定位，实时差分定位，可靠性，稳定性

0 引言

全球定位系统具有在海、陆、空进行全方位三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天侯、高精度等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，成功地应用于大地测量、工程测量、地球动力学等多学科。

1 概论

1.1 GPS定位系统发展由来

20世纪50年代末期，美国开始研制用多普勒卫星定位技术进行测速、定位的卫星导航系统，叫做子午卫星导航系统(NNSS)。1973年美国国防部便开始组织海陆空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划。这就是目前所称的\"授时与测距导航系统/全球定位系统\"(Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning System-NAVSTAR/GPS),而通常简称为\"全球定位系统\"(GPS)

2 GPS、RTK测量的原理及工作方法

2.1 GPS测量的原理

GPS测量的基本原理就是利用测距交会的原理确定点位。GPS卫星向广大用户发送的导航电文是一种不归零的二进制数据码D(t)，码率fd=50HZ。在GPS定位中，GPS卫星是高速运动的卫星，其坐标值随时间在快速的变化着。需要实时地由GPS卫星信号测量出测站至卫星之间的距离，实施的由卫星的导航电文解算出卫星的坐标值，并进行测站点的定位。依据测距的原理，其定位原理及方法主要有伪距法定位，载波相位测量定位以及差分GPS定位等

2.1.2 时间系统

GPS测量原理已经明显的解释出GPS系统是测时测距系统。作为观测目标的GPS卫星以每秒几公里的速度运动。在卫星测量中，GPS接收机接收并处理GPS卫星发射的信号，测定卫星至接收机之间的信号传播时间，再乘以光速换算成距离，进而确定测站的位置。

2.1.3 坐标系统

GPS采用的坐标系统是WGS-84坐标系;北京-1954坐标系;1980-西安坐标系。

2.2 RTK测量的原理

RTK是根据GPS的相对定位概念，建立在实时处理两个测站的载波相位的基础之上，基准站通过数据链实时地将采集的载波相位观测量和基准站坐标信息一同发送给流动站，流动站一边接收基准站的载波相位，一边接收卫星的的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理。国际上已有少数城市建立了RTK网,RTK网是由几个常设基站组成。可借助用户周围的几个常设基地站实时算出移动站的坐标。在RTK应用过程当中，十分重要的一点是关于坐标转换的问题，GPS接受机接收卫星信号单点定位的坐标以及相对定位解算的基线向量属于WGS-84大地坐标系，因为GPS卫星星历是以WGS-84坐标系为依据建立的，应用中必须进行转换。

3 RTK技术的误差与分析

RTK观测值的精度,多数厂家的标称值,平面为:10 mm + (1～2) × 高程为:15～20 mm + 2 × 。例如,10 km 基线的精度值,平面坐标可望为30 mm ,高程为40 mm. 。这些值是在良好的条件下得出的。影响RTK观测值的精确性和可靠性的因素很多,现简述如下:

3.1 GPS 系统

星数、卫星图形、大气状况、基线长度、卫星其他方面、信号传播误差、其他影响

3.2 RTK系统

各种RTK系统都会影响所测结果的质量。RTK设备的优劣不仅严重影响精度,而且也影响成果的可靠性。

1) 数据链：目前大多数RTK都采用自备无线电数据链,但也有少数厂家开始采用GSM电话,两者都将影响观测值。

2) 天线类型：GPS 天线存在两种误差:一是物理相位中心之间的偏差,二是相位中心变(PCV) 。

3) 软件：目前,有很多解算模糊值的方法。不同软件采用不同算法。在解算模糊值的可靠性方面,各种算法都有其优缺点。

3.3 环境

测量环境对RTK观测有重大影响。因此,在观测过程中,观测者必须始终用眼睛注视周围环境,以保证观测质量。

1) 地形：测点周围的地形将直接影响观测值的质量

2) 电台信号传播：基地站与移动站之间的障碍物GPS 数据电台采用的450 —470 MHz 属UHF 波段,此波段的电波要求两点之间准光学通视。

3) 平面覆盖：地面建筑物和树木等遮挡,将影响到卫星的可见性。

3.4 观测方案：

对所测结果的质量和可靠性产生重大影响，现分别简述如下：

1) 基站的选择：基站环境应考虑的问题已在前面讨论,但基地站坐标的精度也应加以顾及。

2) 坐标系：GPS 采用WGS- 84 坐标系,而且全部计算都在此坐标系内进行。

3) 重复测量：对整个测量进行全部检查的唯一方法是实施独立的重复测量。

4 RTK实验

4.1 实验目的与意义

由于RTK技术的关键在于数据处理技术与数据传输技术，定位时由于遮挡、磁场等原因的干扰，某些时候会导致不可信度的发生。本次实验以求能对其精度进行分析，对RTK测量的适用范围等有所裨益。

4.2 RTK试验

本次实验于2006年4月开始至2006年5月期间完成，本测区位于西安市南约8km处，测区呈东西走向，本地经纬度：东经 、北纬 。该测区地势起伏，高差较大，达137m左右，总长度约为15km左右。

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