GPS RTK测图技术(图文)

论文导读：GPS技术表征的平面位置，其精度之高以被人们所认识和接受。RTK的关键技术主要是初始整周模糊度的快速解算，数据链能优质完成实现高波特率数据传输的高可靠性和强抗干扰性。研究表明，RTK确定整周模糊度的可靠性最高为95%，RTK比静态GPS还多出一些误差因素，如数据链传输误差等。
关键词：GPS，数据链，整周模糊度
 

1概述全球定位系统（GlobalPositioningSystem）作为新一代的卫星导航与定位系统，以其全球性、全天候、高精度、高效益的显著特点，已经在测量领域得到了广泛的应用。GPS技术表征的平面位置，其精度之高以被人们所认识和接受。但是GPS高程精度如何，一直是人们普遍关心的问题。为此，国内一些测绘单位进行了若干试验，从试验结果来看，在较为平坦或浅丘的地区，GPS高程可以达到三～四等水准精度。

2 GPS RTK技术 差分GPS定位技术是一种高效的定位技术，它是利用2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知坐标点上作为基准站，另一台用来测定未知点的坐标（称移动站），基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大提高定位精度。 RTK（Real TimeKinematic）技术是载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法，它又分为修正法和差分法，修正法是将基准站的载波相位修正值发送给移动站，改正移动站的接受到的载波相位，再解求坐标，也称准RTK。差分法是将基准站采集到的载波相位发送给移动站，进行求差解算坐标，也称真正的RTK。RTK的关键技术主要是初始整周模糊度的快速解算，数据链能优质完成实现高波特率数据传输的高可靠性和强抗干扰性。RTK工作原理及模式具体结构示意图如图1、2。

图1基准站结构图

图2流动站结构图

2.1 RTK正常工作的基本条件 2.1.1基准站和移动站同时接收到5颗以上GPS卫星信号。

2.1.2基准站和移动站同时接收到卫星信号和基准站发出的差分信号。

2.1.3基准站和移动站要连续接收GPS卫星信号和基准站发出的差分信号。即移动站迁站过程中不能关机，不能失锁。否则RTK须重新初始化。

2.2 RTK的精度 RTK技术采用求差法降低了载波相位测量改正后的的残余误差及接收机钟差和卫星改正后的残余误差等因素的影响，使测量精度达到厘米级，一般系统标称精度为10mm+2ppm。工程实践和研究均证明RTK能达到厘米级精度。

2.2.1 RTK的平面精度：通过对天宝5000系列RTK的研究表明：A、数据链信号接收半径超过15公里，但RTK测量结果只在4公里的范围内保持了较高精度（用全站仪检查其中误差在5cm以内），4公里以外的测量结果误差明显增大，测量结果不可靠。B、接收到的卫星数目越少，测量结果标准差越大，但只要能接收到5颗以上卫星，得出的固定解就能达到仪器标称精度。

2.2.2 RTK的测高精度：为检验Trimble 4000（OTF）（标称精度为垂直20mm+2ppm），通过292个点的观测误差分析，得出：（1）高程观测平均值为162.701m，标准差为8mm。最大值为193.921m，最小值为193.866m，有97%的数据中误差小于20mm。即RTK的固定解能达到仪器标称精度。（2）当VDOP < 2时，观测结果最优，当VDOP＞4时，标准差明显增大，但仍优于标称精度，可见卫星分布对高程精度有影响，但影响不大。（3）当接收卫星数目超过6颗时，标准差变化不显著，当接收卫星数目为5颗时，标准差明显增大，但仍优于标称精度。（4）可见，只要接收卫星数目超过5颗，VDOP < 4，能得出固定解，这种RTK就能达到测高标称精度。（5）北京一家公司在2000年对ASHTECH轨迹GPS RTK系统进行测试，结果表明，RTK测得的X、Y平面坐标同精确值之差的平均值为4-9mm；高程同精确值之差的平均值，边长小于5Km时约13mm，边长10Km时约37mm；距离同精确值之差的平均值为3mm。论文参考网。

2.3 RTK数据链的传输特性及适用范围 要使RTK连续快速地获得固定解，就必须使RTK移动站连续、可靠、快速地接收到基准站发来的数据链信号，数据链传输的高可靠性和强抗干扰性主要受地形地势的影响。目前，RTK系统的数据传输多采用超高频（UHF）和高频（HF）播发差分信号，这三种频率的特点如表2-1所示。

表2-1 三种频率信号的特点（采用30W电台）

为了接收到基地站播发的差分信号要求基地站和移动站之间的天线必须满足“电磁波通视”—即电磁波能从基准站通过直射、绕射和反射等传播方式有效地到达移动站，这样在平坦地区的几公里范围内，一般都能顺利进行RTK测量。但在其他地区如果数据链不能正常传输（即使能同时接收到5颗以上有效卫星），则难以成功实施RTK测量。在这种条件下，进行RTK测量时，可采取下列解决办法：（1）把RTK的基准站布设在RTK有效测区中央最高的控制点上。（2）使用高增益天线及高灵敏度接收机。（3）提高基准站和流动站天线的架设高度， 流动站天线可采用长垂准杆架设以保证成果精度。（4）缩短各点到基地站的距离，使其能满足“电磁波通视”，在地形、地物遮挡时，另增设中继站。但是，这些措施在外业时将增加很多困难，因此，采用RTK技术要求厘米级定位精度时，一般都限定移动站至基地站的距离为几公里。论文参考网。

2.4 RTK的误差特性及控制方法

2.4.1 RTK定位的误差，一般分为两类：（1）同仪器和干扰有关的误差：包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。（2）同距离有关的误差：包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。对固定基地站而言，同仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法予以削弱，同距离有关的误差将随移动站至基地站的距离的增加而加大，所以RTK的有效作业半径是非常有限的（一般为10公里）。

2.4.2同仪器和干扰有关的误差：（1）天线相位中心变化：天线的机械中心和电子相位中心一般不重合。而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。天线相位中心的变化，可使点位坐标的误差一般达到3-5cm。因此，若要提高RTK定位精度，必须进行天线检验校正，检验方法分为实验室内的绝对检验法和野外检验法。（2）多路径误差：多径误差是RTK定位测量中最严重的误差。多径误差取决于天线周围的环境。多径误差一般为几cm，高反射环境下可超过10cm。多径误差可通过下列措施予以削弱：A、选择地形开阔、不具反射面的点位。B、采用扼流圈天线。论文参考网。C、采用具有削弱多径误差的各种技术的天线。D、基地站附近辅设吸收电波的材料。（3）信号干扰：信号干扰可能有多种原因，如无线电发射源、雷达装置、高压线等，干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离。为了削弱电磁波幅射副作用，必须在选点时远离这些干扰源，离无线电发射台应超过200m，离高压线应超过50m。在基地站削弱天线电噪声最有效的方法是连续监测所有可见卫星的周跳和信噪比。（4）气象因素：快速运动中的气象峰面，可能导致观测坐标的变化达到1~2cm。因此，在天气急剧变化时不宜进行RTK测量。

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