一文搞懂RTK定位

搞懂RTK定位，看這一篇就夠了！

【導(dǎo)讀】說到定位，相信大家一定不會(huì)覺得陌生。如今我們所處的信息時(shí)代，人人都有手機(jī)。每天，我們都會(huì)用到與地圖和導(dǎo)航有關(guān)的APP。

這些APP，就是基于定位技術(shù)的。說到定位技術(shù)呢，大家又肯定會(huì)想到GPS、北斗這些名詞。是的，這些都屬于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，也就是GNSS（Global Navigation Satellite System）。

正是這些在太空中飛行的衛(wèi)星，幫助我們的手機(jī)具備了定位能力，并為我們提供導(dǎo)航服務(wù)。

上面這些概念大家都是知道的。接下來，要給大家介紹一個(gè)可能比較陌生的概念：它也和衛(wèi)星有關(guān)，是目前行業(yè)最常用的定位技術(shù)之一，為我們的工作和生活提供了很大的幫助，它就是——RTK。

究竟什么是RTK？有了衛(wèi)星，為什么還需要它？它有什么特點(diǎn)，又是如何工作的？別急，下面將為大家一一道來。

什么是 RTK

RTK，英文全名叫做Real-time kinematic，也就是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。這是一個(gè)簡稱，全稱其實(shí)應(yīng)該是RTK（Real-time kinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）載波相位差分技術(shù)。（為了方便閱讀，下面將繼續(xù)簡寫為RTK。）

不要慌！這個(gè)技術(shù)雖然看上去很專業(yè)，但實(shí)際原理并不復(fù)雜。

RTK是一個(gè)對(duì)GNSS進(jìn)行輔助的技術(shù)。為什么要對(duì)GNSS進(jìn)行輔助？當(dāng)然是因?yàn)镚NSS自身存在不足啦！

大家都知道，GNSS衛(wèi)星之所以能夠?qū)Φ厍蛏系慕K端（例如手機(jī)、汽車、輪船、飛機(jī)等）進(jìn)行定位，依靠的是三維坐標(biāo)系。

找至少4顆衛(wèi)星，分別計(jì)算各個(gè)衛(wèi)星與終端之間的距離△L（這個(gè)距離也被稱為“偽距”），就可以列出4個(gè)方程組。計(jì)算之后，就能得出終端的四個(gè)參數(shù)，分別是經(jīng)度、緯度，高程（海拔高度）和時(shí)間。

通過單位時(shí)間的位置變化，還能算出終端的速度。三維坐標(biāo)、速度、時(shí)間信息，我們通常稱之為PVT（Position Velocity and Time）。僅靠衛(wèi)星，我們可以得到PVT。但是，注意了，衛(wèi)星定位是存在誤差的。

誤差既來自系統(tǒng)的內(nèi)部，也來自外部。例如衛(wèi)星信號(hào)穿透電離層和對(duì)流層時(shí)產(chǎn)生的誤差，還有衛(wèi)星高速移動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)引起的誤差，以及多徑效應(yīng)誤差、通道誤差、衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、內(nèi)部噪聲誤差，等等。

這些誤差，有些可以完全消除，有些無法消除或只能部分消除，它們影響了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。

為了更好地消除誤差、提高定位精度，行業(yè)專家們研究出了一個(gè)更厲害的定位技術(shù)，那就是RTK。

RTK的工作原理

我們直接來看RTK的工作原理。

如上圖所示，這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)RTK組網(wǎng)。

其中，除了衛(wèi)星之外，RTK系統(tǒng)包括兩個(gè)重要組成部分——基準(zhǔn)站和流動(dòng)站。

兩個(gè)站都帶有衛(wèi)星接收機(jī)，可以觀測(cè)和接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)。顧名思義，基準(zhǔn)站是提供參考基準(zhǔn)的基站。而流動(dòng)站，是可以不斷移動(dòng)的站。流動(dòng)站其實(shí)就是要測(cè)量自身三維坐標(biāo)的那個(gè)對(duì)象目標(biāo)，也就是用戶終端。

大家經(jīng)常在戶外看到一些扛著三腳架設(shè)備進(jìn)行測(cè)量的人。其中一部分人，扛的可能就是RTK基準(zhǔn)站或流動(dòng)站。

我們來仔細(xì)看看定位過程。

首先，基準(zhǔn)站作為測(cè)量基準(zhǔn)，一般會(huì)固定放在開闊且視野良好的地方?；鶞?zhǔn)站的三維坐標(biāo)信息，一般是已知的。

第①步，基準(zhǔn)站先觀測(cè)和接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)；

第②步，基準(zhǔn)站通過旁邊的無線電臺(tái)（數(shù)據(jù)鏈），將觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給流動(dòng)站（距離一般不超過20公里；

第③步，流動(dòng)站收到基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的同時(shí)，也觀測(cè)和接收了衛(wèi)星數(shù)據(jù)；

第④步，流動(dòng)站在基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)和自身數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)相對(duì)定位原理，進(jìn)行實(shí)時(shí)差分運(yùn)算，從而解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其精度，其定位精度可達(dá)1cm~2cm。

至此，測(cè)量完成。

如大家所見，RTK技術(shù)具有觀測(cè)站之間無需通視（無需在視線范圍內(nèi)）、定位精度高、操作簡單、全天候作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，是非常不錯(cuò)的定位技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)RTK vs 傳統(tǒng)RTK

剛才我們所說的，是RTK的早期模型，我們稱為傳統(tǒng)RTK技術(shù)。

傳統(tǒng)RTK技術(shù)實(shí)施簡單，成本低廉。但是，它也存在一個(gè)很大的問題，那就是流動(dòng)站和基準(zhǔn)站之間存在距離限制。距離越遠(yuǎn)，誤差因素差異變大，定位精度就會(huì)下降。而且，距離遠(yuǎn)了，超過了無線電臺(tái)的通信范圍，也就無法工作了。

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，在一個(gè)較大的區(qū)域內(nèi)，均勻分散設(shè)置多個(gè)基準(zhǔn)站（3個(gè)或以上），構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)站網(wǎng)。

（基準(zhǔn)站網(wǎng)）

那么，這種情況下，流動(dòng)站需要和每個(gè)基準(zhǔn)站進(jìn)行對(duì)比和測(cè)算嗎？當(dāng)然不會(huì)，那樣太費(fèi)事了。

網(wǎng)絡(luò)RTK相比傳統(tǒng)RTK，其實(shí)是用區(qū)域型的GNSS網(wǎng)絡(luò)誤差模型取代了單點(diǎn)GNSS誤差模型。

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多個(gè)基準(zhǔn)站組成的基準(zhǔn)站網(wǎng)，它們將數(shù)據(jù)發(fā)給中央服務(wù)器。中央服務(wù)器會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)，模擬出一個(gè)“虛擬基準(zhǔn)站”。（所以，網(wǎng)絡(luò)RTK也被稱為“虛擬基準(zhǔn)站技術(shù)”或“虛擬參考站技術(shù)”。）

對(duì)于流動(dòng)站來說，它只會(huì)“看到”這個(gè)“虛擬基準(zhǔn)站”?；谶@個(gè)“虛擬基準(zhǔn)站”發(fā)來的數(shù)據(jù)，流動(dòng)站完成最終的測(cè)量運(yùn)算。

網(wǎng)絡(luò)RTK的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。

大家應(yīng)該都看出來了，我們平時(shí)看到的移動(dòng)通信基站，其實(shí)就可以兼職“基準(zhǔn)站”。我們身邊到處都是基站，也就意味著，網(wǎng)絡(luò)RTK基本上實(shí)現(xiàn)了無縫覆蓋。

首先，流動(dòng)站與中央服務(wù)器的通信，也可以通過流動(dòng)站（終端）內(nèi)置的無線通信模組來完成。這些高精度定位模組，集成了RTK技術(shù)，且本身也是移動(dòng)通信模組，可以實(shí)現(xiàn)上述功能。

其次，對(duì)于用戶來說，不需要自建基準(zhǔn)站，節(jié)約了大量成本（只需要支付一些通訊費(fèi)用）。

第三，精度和可靠性更高。畢竟基準(zhǔn)站多了嘛，就算壞了一兩個(gè)，也影響不大。

值得一提的是，網(wǎng)絡(luò)RTK的模型中，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性對(duì)定位精度影響極大。必須保證網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定，從而確保差分?jǐn)?shù)據(jù)穩(wěn)定下發(fā)，才能實(shí)現(xiàn)超高定位精度。

結(jié)語

RTK技術(shù)經(jīng)過多年的積累，已經(jīng)變得越來越成熟。它的高精度、高速度、高穩(wěn)定性特點(diǎn)，使得其被測(cè)繪、無人機(jī)、車載、安防等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

作為領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)整體解決方案供應(yīng)商，移遠(yuǎn)通信已推出多款集成RTK/DR技術(shù)的GNSS模組，包括近期發(fā)布的雙頻段高精度/INS組合導(dǎo)航定位模組LC29H系列，可以滿足無人機(jī)、共享兩輪車等場(chǎng)景的厘米級(jí)或分米級(jí)定位需求。而集成了RTK/DR技術(shù)的車規(guī)級(jí)GNSS高精度/INS組合導(dǎo)航定位模組LG69T系列，更是在為大型整車廠和Tier 1客戶提供厘米級(jí)定位追蹤服務(wù)。

未來，RTK技術(shù)將會(huì)向更遠(yuǎn)距離、更高精度、多頻多模、更高穩(wěn)定性的方向發(fā)展。讓我們拭目以待！

審核編輯：湯梓紅