RTK导航定位系统之所以能实现厘米级的惊人精度,核心在于它采用了一套非常精巧的“协同作战”方案,通过差分的方法巧妙地消除了绝大部分误差。
一、系统如何协同工作
要实现上图的精密流程,需要三个部分紧密配合:
1、基准站:这是整个系统的定海神针。它需要架设在一个坐标精确已知的点位上。基准站的任务是持续接收卫星信号,并利用已知坐标实时计算出卫星信号中包含的各种误差(如卫星钟差、大气延迟等),形成“差分改正信息”。
2、数据链:这是连接基准站和流动站的“神经”。差分改正信息需要通过无线电电台或移动网络(如GPRS/GSM)实时传输给流动站,对数据传输的稳定性和速率(通常要求不低于9600波特率)有较高要求。
3、流动站:流动站是执行测量任务的设备。它一方面接收卫星信号,另一方面接收来自基准站的改正信息。然后,在内部将两者数据进行实时联合解算,最终得到自己精确的坐标。
二、攻克厘米级精度的核心关键
RTK技术能达到厘米级精度的关键在于使用载波相位观测值,并成功解决了一个核心难题——整周模糊度。
1、载波相位:更精密的“尺子”
普通的卫星导航定位使用伪距测量,好比用一把刻度为米的尺子估算距离,精度在米级。而载波相位测量使用的是卫星信号载波的波长(如GPS L1载波的波长约为19厘米)作为“刻度尺”进行测量,其测量精度自然远高于伪距测量。
2、整周模糊度:锁定起点
虽然载波相位这把“尺子”很精密,但我们测量的是接收机到卫星之间距离的波长整数倍加上一个不足一周波长的部分。其中波长的整周数是一个未知数,就是“整周模糊度”。RTK技术的高精度算法核心,就是快速准确地解算出这个整周模糊度。一旦成功解算,就意味着找到了距离的精确起点,从而得到厘米级的定位结果。
三、从单机到网络:技术的演进
传统的RTK模式(1+1)有效范围有限(通常不超过10-15公里),距离越远,误差相关性越弱,精度会下降。
为了解决这个问题,网络RTK(或称为CORS系统)应运而生。它通过在一定区域内建设多个基准站组成网络,利用中心服务器综合各站数据,构建出区域性的精密误差模型。这样可以为覆盖范围内的用户提供更精准的改正信息,实现大范围的厘米级定位服务。
四、现实应用中的挑战与技巧
尽管RTK技术非常强大,但在实际应用中仍需注意以下几点:
1、对观测环境敏感:在高楼、树林等信号容易遮挡或多路径效应严重的地方,初始化时间和精度会受影响,甚至无法固定解算。
2、通信链路需保障:确保基准站和流动站之间的数据链稳定畅通至关重要,一旦中断,高精度定位便无法维持。
3、初始化时间:在理想环境下,现代RTK设备初始化(固定模糊度)只需几秒到一分钟。在信号不佳的区域,时间可能会延长。