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【摘 要 】本文主要简述了GPS RTK的工作原理,误差源及误差分析,为提高RTK测量精度提供一些建议.

【关键字】 RTK 测量误差

1. 前言

随着卫星定位技术的快速发展,人们对快速高精度位置信息的需求也日益强烈.常规的GPS测量方法,如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度,而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,它采用了载波相位动态实时差分(Real - time kinematic)方法,是GPS应用的重大里程碑,它的出现为工程放样、地形测图,各种控制测量带来了新曙光,极大地提高了外业作业效率.

2. RTK的工作原理

RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上,另一台或几台接收机置于载体(称为流动站)上,基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号,基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较,得到GPS差分改正值.然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值,从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置,如图1所示.

图1 RTK系统示意图

差分的数据类型有伪距差分、坐标差分(位置差分)和载波相位差分三类.前两类定位误差的相关性,会随基准站与流动站的空间距离的增加而迅速降低,由于载波相位的测量精度比伪距测量精度高2个数量级,而且载波相位测量受多路径效应的影响比伪距测量小2个数量级,如果能获得整周模糊度,就可以获得近于无噪声௚

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0;伪距测量.一般情况下,无法获得整周模糊度,但能获得多普勒计数或载波相位变化信息.因此若能够利用载波相位变化信息来辅助伪距测量就可以获得比单独采用伪距测量更高的精度,这一思想称为载波相位平滑伪距测,目的是提高伪距观测值的精度.

RTK采用载波相位差分法,其观测模型为:

3. RTK误差源

分析观测模型并结合实践,总结出影响RTK精度的主要误差源:

1. 轨道误差

目前,随着定轨技术的不断完善,轨道误差只有5-10cm,影响到基线的相对误差不到1ppm.

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2. 卫星钟差

目前钟差可通过对卫星钟运行状态的连续监测而精确地确定,钟差对传播距离的影响不会超过6m,影响基线的相对误差约0.2 ppm.

3. 电离层误差

电离层引起电磁波传播延迟从而产生误差,其延迟强度与电离层的电子密度密切相关,电离层的电子密度随太阳黑子活动状况、地理位置、季节变化、昼夜不同而变化,白天为夜间的5倍,冬季为夏季的5倍,太阳黑子活动最强时为最弱时的5倍,在太阳黑子爆发期内,RTK测量无法进行.

4. 对流层误差

对流层误差同点间距离和点间高差密切相关,高度角90°时可使电磁波的传播路径差达2-3mm ,当高度角为10°时高达20m左右.

5. 多路径误差

多路径误差是RTK定位测量中最严重的误差.多路径误差取决于天线周围的环境.多路径误差一般为几个厘米,高反射环境下可超过10cm.

6. 信号干扰

信号干扰可能有多种原因,如无线电发射源、雷达装置、高压线等,干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离.

4. RTK误差分析

以上各类误差中均具有较强的空间相关性,从而定位结果也有一定的空间相关性.RTK测量的主要误差来源于卫星轨道误差,电离层及对流层对定位精度的影响.

对于小于10km的短基线测量,轨道误差,卫星误差的影响可以忽略不计,对于大于20-30km的长基线测量,轨道误差可以达到2-3cm.

对于电离层误差,利用双频接收机将L1 和L2 的观测值进行线性组合来消除电离层的影响;利用两个以上观测站同步观测量求差(短基线);利用电离层模型加以改正,一般RTK设备已考虑此种方法.


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对于对流层误差可以设置卫星高度截止角不得小于15°且利用两个以上观测站同步观测量求差(短基线)以及利用对流层模型加以改正.


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对于多路径误差可以采取选择地形开阔、不具反射面的点位;采用扼流圈天线或具有削弱多径误差的各种技术的天线以及基地站附近铺设吸收电波的材料等方法修正.

最后,对于信号干扰误差,在选点时必须远离这些干扰源,离无线电发射台应超过200m,离高压线应超过50m才可以有效削减误差.

5. 结语

本文介绍了提高GPS RTK观测精度的一些方法,希望本文能对大家在以后的使用GPS RTK过程中起到参考作用.

参考文献

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