文档介绍：GPS RTK的原理及其在工程中的应用探讨
王林①万会明
﹙江西省水利规划设计院﹚
摘要:本文从理论方面较深层次讲解了GPS RTK测量系统的定位原理,其中还对GPS RTK定位的关键技术——坐标参数的求解进行了重点介绍。同时,文章联系生产实际列举了2个RTK测量实例探讨了GPS RTK测量技术在工程中的应用,并根据平差学理论及相关规程、规范对测量精度进行了一定的比较和分析,总结得出RTK测量的误差特性和一些有益的结论和体会。测绘信息网/
关键词:GPS RTK;载波相位差分;整周模糊度;坐标转换参数;GPS高程
1 RTK测量的基本原理
RTK定位技术的作业原理
RTK(Real Time Kinematic)技术又称载波相位动态实时差分技术,是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的技术。它能够实时地提供测量点在指定坐标系中的三维坐标,并达到㎝级精度要求。RTK测量系统一般由以下三部分组成:(1)GPS接收设备。(2)数据传输设备:即数据链,是实现实时动态测量的关键性设备。(3)软件解算系统:对于保障实时动态测量结果的精确性与可靠性,具有决定性作用。RTK定位技术的作业原理是将基准站采集的GPS卫星载波相位观测量通过调制解调器进行编码和调试,经电台数据链发射出去。而移动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时,也接收来自基准站的电台信号。移动站通过解调得到基准站的载波相位观测量,再利用OTF技术对由基准站和移动站采集的载波相位观测量所确定的差分改正数动态求解整周模糊度。在整周未知数解固定后,即对每个历元进行实时处理。只要能保证4颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的卫星几何图形,移动站可根据给定的转换参数进行坐标系统的转换,从而实时给出㎝级的定位结果。
RTK定位技术的数学原理测绘信息网/
载波相位差分技术的定位原理是在基准站观测i颗GPS卫星,求得伪距为:
=+C (d-d)+d+d++d+ (1)
式中: ——基准站到第个卫星的真实距离,可由基准站坐标和卫星的星历求得;
d ——基准站的时钟偏差;
d ——第个卫星的时钟偏差;
d ——第个卫星的星历误差(包括SA政策影响)引起的伪距误差;
d ——电离层效应;
——对流层效应;
d ——多路径效应;
—— GPS接收机噪声。
利用卫星星历计算出卫星位置和已知基准站的精确坐标计算出卫星至基准站的真实距离,这样可求出伪距改正数:
= -
=-(C (d-d)+d+d++d+) (2)
同时,用户端接收机接收到的伪距为:
=+C (-d)+d+d++d+ (3)
如果用对用户伪距进行修正,则
+=+C (-d)+(d-d)+(d-d)+
(-)+(d-d)+(-) (4)
当基准站与用户站相距较近时(小于100㎞),则认为
d=d,d=d ,=
所以,
+=+C (-d)+(d-d)+(-)
= (5)
如果基准站与用户移动站同时观测相同的4颗卫星,则有4个式(5)的联立方程,由此可以求解出移动站的坐标(,,)和。而中包含同一观测历元的各项残差:
= C (-d)+(d-d)+(-) (6)
对于载波相位观测量:测绘信息网/
= (7)
式中: ——起始相位模糊度,即相位整周数的初始值