隨著衛(wèi)星定位技術(shù)的快速發(fā)展。而目前使用較為廣泛的高精度定位技術(shù)就是RTK(實時動態(tài)定位:Real-TimeKinematic),RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于使用了GPS的載波相位觀測量,并利用了參考站和移動站之間觀測誤差的空間相關(guān)性,通過差分的方式除去移動站觀測數(shù)據(jù)中的大部分誤差,從而實現(xiàn)高精度的定位。
具體地說就是如圖1,衛(wèi)星離我們很遠,假設(shè)是A點,RTK測量時有一個基準(zhǔn)站和一個流動站,基準(zhǔn)站是不動的,我們通過流動站來測我們要的點的坐標(biāo)。假設(shè)現(xiàn)在基準(zhǔn)站在B點,我們的流動站在C點。B點和C點都有GPS接收機,GPS信號從衛(wèi)星到達B、C兩點,實際上由于受大氣影響會產(chǎn)生很多誤差(因為電磁信號在真空的中的傳播速度才是定值,而在實際空氣中的傳播速度要慢一些,并且慢多少跟空氣的密度、溫度等等都有關(guān)系),并且這個誤差無法實際測定(因為氣溫氣壓都是實時變化的),因此實際上B、C的實際準(zhǔn)確位置都無法測定。但是由于衛(wèi)星離我們的距離相對于BC之間的距離L3是非常大的,所以可以認為信號從A傳到B跟從A傳到C的路徑是一樣的,誤差也是一樣的,那么把兩個作差這個誤差常數(shù)就可以抵消,這時可以得到C到B的一個距離向量(可認為是三維坐標(biāo)差)。而B點坐標(biāo)已知,那么C點的坐標(biāo)就是B點坐標(biāo)加上這個坐標(biāo)差。這種方法就是差分。而BC之間通過電臺信號或GPRS等數(shù)據(jù)鏈進行通訊,實時解算這個坐標(biāo)差值,這就是RTK測量的基本原理
圖1,基站、移動站、衛(wèi)星位置
由此可見,RTK系統(tǒng)本身的影響因素用戶無法控制,這些因素包括GPS衛(wèi)星星數(shù)、衛(wèi)星圖形和大氣狀況。對流層和電離層都會對GPS信號傳播造成影響,電離層的影響隨時間和空間波動較大,因此信號到達基準(zhǔn)站和流動站時將不同程度的受其影響,而且基線(基站到移動站的距離)越長,影響越大。在正常情況下,當(dāng)點間距離較短時,其影響能夠模擬,殘差可通過觀測值的差分處理得到削弱或消除。RTK測量的基線長度,同軌道誤差和大氣影響密切相關(guān),基線越長,電離層和對流層的誤差越大,觀測結(jié)果的誤差也越大,解算結(jié)果的可靠度也越低。
所以從理論上講GPS誤差的空間相關(guān)性隨基準(zhǔn)站站和移動站距離的增加而逐漸失去線性,因此在較長距離下(單頻>10km,雙頻>30km),經(jīng)過差分處理后的用戶數(shù)據(jù)仍然含有很大的觀測誤差,從而導(dǎo)致定位精度的降低和無法解算載波相位的整周模糊,從儀器上來看就會出現(xiàn)不固定或者DOP超限。但具體到實際情況,除了差分?jǐn)?shù)據(jù)隨距離增大失去線性相關(guān)外還有很多因素,如圖2
圖2,實際情況模擬
除了差分參數(shù)隨距離失去線性這個主要原因外,還有當(dāng)移動站和基站之間達到一定的距離時,此時如果衛(wèi)星相對兩臺(或多臺)接收機的位置不夠均勻,或受地形影響遮擋部分衛(wèi)星信號。B,C各自定位時選擇的衛(wèi)星可能會有所不同,導(dǎo)致差分參數(shù)的不同。從而使得移動站位置解算緩慢,甚至無法解算。
與此同時,受到電臺功率的限制以及電臺信號、GPRS信號受測區(qū)內(nèi)的無線電或者磁場影響丟失數(shù)據(jù),也會導(dǎo)致解算出現(xiàn)問題。所以在實際野外操作過程中,受到上述條件影響RTK的使用距離較大往往在10km左右。
為了克服傳統(tǒng)RTK技術(shù)的缺陷,在20世紀(jì)90年代中期,人們提出了網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)中,線性衰減的單點GPS誤差模型被區(qū)域型的GPS網(wǎng)絡(luò)誤差模型所取代,即用多個參考站組成的GPS網(wǎng)絡(luò)來估計一個地區(qū)的GPS誤差模型,并為網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)的用戶提供校正數(shù)據(jù)。而用戶收到的也不是某個實際參考站的觀測數(shù)據(jù),而是一個虛擬參考站的數(shù)據(jù),和距離自己位置較近的某個參考網(wǎng)格的校正數(shù)據(jù),因此網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)又被稱為虛擬參考站技術(shù)(Virtual Reference)。這種網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)在結(jié)合了計算機技術(shù)等運用于現(xiàn)實,就是我們現(xiàn)在所使用的連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(CORS)