浅谈GPS实时动态定位原理及应用..docVIP

浅谈GPS实时动态定位原理及应用 ? 引言 ????随着我国经济的高速发展，为了满足工程施工、测绘等工作的需要,采用GPS实时动态定位技术的测绘系统逐步进入我国市场。采用传统 GPS RTK（Real-Time-Kinematic）技术的测绘系统的数据链路电台，必须经过无线电管理部门批准才可设置使用，但在此前的几起此类设备所造成的无线电干扰案例中，所查获的无线电台均未向无线电管理部门申报。目前这类设备使用时所造成的无线电干扰越来越多，因此无线电管理部门应该加强对这类设备的管理。而增加对GPS RTK技术的了解和认识，将会对查处工作及无线电管理工作大有帮助。 一、RTK 概述 ????RTK（Real-Time-Kinematic）技术是GPS实时载波相位差分的简称。这是一种将GPS与数传技术相结合，实时解算并进行数据处理，在1～2秒时间内得到高精度位置信息的技术。 ????1.1 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。 ????精密GPS定位均采用相对技术。无论是在几点间进行同步观测的后处理(RTK)，还是从基准站将改正值传输给流动站(DGPS)，这些都称为相对技术，以采用值的类型为依据可分为4类： ?????（1）实时差分GPS，其精度为1m～3m；?????（2）广域实时差分GPS，其精度为1m～2m；?????（3）精密时差分GPS，其精度为1cm～5cm；?????（4）实时精密时差分GPS，其精度为1cm～3cm。 ????差分的数据类型有伪距差分、坐标差分和相位差分三类。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。故RTK采用第三类方法。 ????RTK的观测模型为： ????因轨道误差、钟差、电离层折射及对流层折射的影响在实际的数据处理中一般采用双差观测值方程来解算，在定位前需确定整周未知数，这一过程称为动态定位的“初始化”（On The Fly即OTF）。实现OTF的方法有很多种，美国天宝导航有限公司的做法是：采用伪距和相位相结合的方法，首先用伪距求出整周未知数的有哪些信誉好的足球投注网站范围，再用相位组合和后继观测历元解算和精化；利用伪距估计初始位置和有哪些信誉好的足球投注网站空间，快速确定精确的初始位置。 ????1.2 RTK的系统组成 ????我们以美国天宝导航有限公司生产的4800GPS双频接收机为例介绍RTK系统组成。 ????天宝RTK系统由两部分组成，如图1所示。 图1 天宝RTK系统组成 二、RTK系统基准站的组成和作用 ????RTK系统基准站由基准站GPS接收机及卫星接收天线、无线电数据链电台及发射天线、直流电源等组成，如图2所示。 ????RTK系统基准站的作用是求出GPS实时相位差分改正值，然后将改正值通过数传电台及时传递给流动站以精化其GPS观测值，进而得到更为精确的实时位置信息。 图2 RTK系统基准站的组成 ????GPS－RTK作业能否顺利进行，关键因素是无线电数据链的稳定性和作用距离是否满足要求。它与无线电数据链电台本身的性能、发射天线类型、参考站的选址、设备架设情况以及无线电电磁环境等有关。 ????一般数据链电台采用400MHz～480MHz高频载波发送数据，而高频无线电信号是沿直线传播的，这就要求参考站发射天线和流动站接收天线之间没有遮挡信号的障碍物。这些障碍物在陆地上主要是建筑物、无线电信号发射台等，在海上则主要是地球曲率的影响。 ????为了尽量避免参考站设备之间的干扰，在GPS-RTK作业时，大于25W的数据链电台的发射天线，应距离GPS接收天线至少2m，最好在6m以上；发射天线与电台的连接电缆必须展开，以免形成新的干扰源。 ????电台所使用的频率和电台功率必须经过国家和当地无线电管理部门批准，使用时可能会受到某些限制。 ????RTK数据链无线电发射机（TRIMMRKⅡ）的工作频率为UHF频段（400MHz～480MHz），当功率一定时，发射距离随天线高度增加而增加，如下式所示： ????发射距离（半径） （2）。 ????式中：4.24 ——天宝公司的经验值； ????H1 ——电台的天线高度； ????H2 ——流动站的天线高度。 ????我们通过举例来说明流动站工作范围的计算过程。 ????例：天宝4800GPS接收机使用的TRIMMRKⅡ无线电数据链电台发射功率为25W，电台天线高度为9m，流动站的天线高度为2m，试计算流动