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卫星高精度实时定位有几种方法?

发布于:2022-11-15 14:53:15 来自:水利工程/水土保持 [复制转发]


常见的卫星高精度实时定位解决途径有3种: RTK SBAS PPP- RTK

一、RTK  

载波相位差分技术 又称 RTK (Real Time Kinematic)技术,是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即是将基准站采集的载波相位发给用户接收机,进行求差解算坐标。载波相位差分可使定位精度达到厘米级。目前测量中常用的 动态测量 方法主要是 RTK 连续运行参考站 系统(Continuous Operational Reference Systems)简称 CORS

1.1 传统RTK

所谓 RTK 定位是将参考站的单点定位的观测结果与参考站的已知坐标进行比较,计算出参考站至卫星的距离改正数,并将改正数发送给移动台,移动台则根据参考站的改正数,实时对定位结果进行改正,从而提高定位精度。目前单基站 RTK 定位方法中有伪距法和载波相位法,因载波相位差分法比其他几种方法的精度要高,因此目前市场上主流 RTK 仪器的解算方法也多为载波相位差分法。

1.2  CORS

CORS 可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的 GNSS 参考站,利用现代计算机、数据通信和互联网( LAN/WAN) 技术组成的网络,实时地向不同的类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的 GNSS 观测值(载波相位,伪距),各种改正数、状态信息、以及其他有关的 GNSS 服务项目的系统。它是在 RTK 技术 的基础上发展而来。

CORS 技术在用途上可以分成单基站 CORS 、多基站 CORS 和网络 CORS

单基站 CORS :就是只有一个连续运行站。类似于一加一或一加多的 RTK ,只不过基准站是由一个连续运行的基站代替,基站同时又是一个服务器,通过 NRS-SERVER 软件实时监控卫星状态,存储静态数据和实时通过网络向移动站(用户终端)发送差分信息。

多基站 CORS :就是分布在一定区域内的多个基站联合作业,基站与基站之间的距离不超过 50 公里,他们都将数据发送到一个服务器。移动站作业时,只要发送它的位置信息到服务器,系统自动计算移动站与各个基站之间的距离,将距离近的基站差分数据发送给流动站,确保达到最佳的测量精度。多基站 CORS 作业原理与单基站基本相同。

网络 CORS :就是采用网络参考站系统软件,对分布在一定区域内的多台基准站的坐标和实时观测数据进行系统综合误差改正建模,尽可能消除区域内流动站观测数据的系统综合误差,从而获得高精度的实时定位结果。

RTK CORS 有区别吗?当然, CORS 就是固定的永不断电的基站 , 优点就是作用距离远 , 作业方便 , 缺点是费电 , 维护费用高 , 局限某个地区; RTK 就是可移动的基站作业 , 优点是机动性强、可以跨地区工作 , 缺点是做点校正繁琐。

无论是 RTK 还是 CORS 都需要基站的支持才能使用,目前国内部分城市已经建成覆盖全市区的 CORS ,移动站需要登录才能使用。


 

二、SBAS DGPS

SBAS Satellite-BasedAugmentation System ),即星基增强系统,通过地球静止轨道( GEO )卫星搭载卫星导航增强信号转发器,可以向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息,实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进,从而成为各航天大国竞相发展的手段。目前,全球已经建立起了多个 SBAS 系统,如美国的 WAAS WideArea Augmentation System )、俄罗斯的 SDCM Systemfor Differential Corrections and Monitoring )、欧洲的 EGNOS European Geostationary Navigation OverlayService )、日本的 MSAS Multi-functionalSatellite Augmentation System )以及印度的 GAGAN GPSAided Geo Augmented Navigation )。

上述 SBAS 系统的工作原理大致相同。首先,由大量分布极广的差分站(位置已知)对导航卫星进行监测,获得原始定位数据(伪距、卫星播发的相位等)并送至中央处理设施(主控站),后者通过计算得到各卫星的各种定位修正信息,通过上行注入站发给 GEO 卫星,最后将修正信息播发给广大用户 , 从而达到提高定位精度的目的。

SBAS 服务可以免费使用,但部分地区没有信号覆盖。在定位板卡模块中以参数 “DGPS” 给出定位精度,一般精度为 0.4m  
三、PPP- RTK  
实时动态定位 RTK Real-TimeKinematic )以及精密单点定位 PPP PrecisePoint Positioning )是高精度卫星导航定位中应用最为广泛、最具代表性的技术。  
2005 年, PPP-RTK 的概念被首次提出,通过 CORS 网数据处理将 GNSS 各类误差在 状态域 建模,采用非差 PPP 实现与 RTK 相当的定位效果。  

 
 

 

PPP-RTK 通过状态域建模,将基准站 观测值误差 分解为 卫星轨道 、卫星钟差、卫星相位偏差、电离层延迟、对流程延迟等 状态量误差 ,因此 RTK PPP/PPP-RTK 也分别称为 观测值域差分 状态域差分 不严格的说,数学意义上可以认为 卫星轨道 、卫星钟差、卫星相位偏差、电离层延迟、对流程延迟等状态量误差构成了 GNSS 观测误差空间的一组极大线性无关向量组,即构成了 GNSS 观测误差空间的一组基。 该空间中任意向量,即观测值误差都可以认为是该组基向量的线性组合: 基向量在对应卫星 - 接收机视线方向上的投影。

PPP-RTK 是一种更具弹性的服务模式,主要体现在, 卫星轨道 钟差、相位偏差作为 GNSS 高精度定位 的基础,可采用状态域表达实现星基增强服务,对于电离层延迟、对流层延迟增强,则可通过采样频率的调整以满足不同参考站密度、不同播发带宽、不同用户性能需求。  

目前,日本准天顶卫星系统( QZSS )已率先基于其 L6D 信号实现了星基 PPP-RTK 增强服务 ——CLAS(CentimeterLevel Augmentation Service) ,数据播发速率 2000bps ,服务范围覆盖日本本土。此外,也有一些商业公司开始提供 PPP-RTK 服务,例如 Trimble 公司的 CenterPoint RTX 服务、 NovAtel 公司的 TerraStar-X 服务、 Fugro 公司的 Marinestar G4+ 服务以及 GEO++ 公司的 SSRPOST 服务等。虽然上述商业服务或多或少用到(至少借鉴)了 PPP- RTK 技术 ,但其电离层延迟模型表达、编码格式、播发方案等都鲜有公开资料可供参考。     

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