为什么RTK距离有限

文章出处: 人气：发表时间：2020-06-03 09:24

随着卫星定位技术的快速发展。而目前使用最为广泛的高精度定位技术就是RTK(实时动态定位：Real-TimeKinematic)，RTK技术的关键在于使用了GPS的载波相位观测量，并利用了参考站和移动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差，从而实现高精度的定位。

具体地说就是如图1，卫星离我们很远，假设是A点，RTK测量时有一个基准站和一个流动站，基准站是不动的，我们通过流动站来测我们要的点的坐标。假设现在基准站在B点，我们的流动站在C点。B点和C点都有GPS接收机，GPS信号从卫星到达B、C两点，实际上由于受大气影响会产生很多误差（因为电磁信号在真空的中的传播速度才是定值，而在实际空气中的传播速度要慢一些，并且慢多少跟空气的密度、温度等等都有关系），并且这个误差无法实际测定（因为气温气压都是实时变化的），因此实际上B、C的实际准确位置都无法测定。但是由于卫星离我们的距离相对于BC之间的距离L3是非常大的，所以可以认为信号从A传到B跟从A传到C的路径是一样的，误差也是一样的，那么把两个作差这个误差常数就可以抵消，这时可以得到C到B的一个距离向量（可认为是三维坐标差）。而B点坐标已知，那么C点的坐标就是B点坐标加上这个坐标差。这种方法就是差分。而BC之间通过电台信号或GPRS等数据链进行通讯，实时解算这个坐标差值，这就是RTK测量的基本原理

图1，基站、移动站、卫星位置

由此可见，RTK系统本身的影响因素用户无法控制，这些因素包括GPS卫星星数、卫星图形和大气状况。对流层和电离层都会对GPS信号传播造成影响，电离层的影响随时间和空间波动较大，因此信号到达基准站和流动站时将不同程度的受其影响，而且基线（基站到移动站的距离）越长，影响越大。在正常情况下，当点间距离较短时，其影响能够模拟，残差可通过观测值的差分处理得到削弱或消除。RTK测量的基线长度，同轨道误差和大气影响密切相关，基线越长，电离层和对流层的误差越大，观测结果的误差也越大，解算结果的可靠度也越低。

所以从理论上讲GPS误差的空间相关性随基准站站和移动站距离的增加而逐渐失去线性，因此在较长距离下(单频>10km，双频>30km)，经过差分处理后的用户数据仍然含有很大的观测误差，从而导致定位精度的降低和无法解算载波相位的整周模糊，从仪器上来看就会出现不固定或者DOP超限。但具体到实际情况，除了差分数据随距离增大失去线性相关外还有很多因素，如图2

图2，实际情况模拟

除了差分参数随距离失去线性这个主要原因外，还有当移动站和基站之间达到一定的距离时，此时如果卫星相对两台（或多台）接收机的位置不够均匀，或受地形影响遮挡部分卫星信号。B，C各自定位时选择的卫星可能会有所不同，导致差分参数的不同。从而使得移动站位置解算缓慢，甚至无法解算。

与此同时，受到电台功率的限制以及电台信号、GPRS信号受测区内的无线电或者磁场影响丢失数据，也会导致解算出现问题。所以在实际野外操作过程中，受到上述条件影响RTK的使用距离最大往往在10km左右。

为了克服传统RTK技术的缺陷，在20世纪90年代中期，人们提出了网络RTK技术。在网络RTK技术中，线性衰减的单点GPS误差模型被区域型的GPS网络误差模型所取代，即用多个参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型，并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。而用户收到的也不是某个实际参考站的观测数据，而是一个虚拟参考站的数据，和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据，因此网络RTK技术又被称为虚拟参考站技术(Virtual Reference)。这种网络RTK技术在结合了计算机技术等运用于现实，就是我们现在所使用的连续运行参考站系统（CORS）

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