您了解RTK技术吗？—— 揭秘GNSS中的定位技术

上期文章中我们一起探讨了GNSS仿真及其对测试验证的重要意义，今天我们将一起走进GNSS中的定位技术—RTK技术。什么是RTK技术？传统RTK技术与网络RTK技术又有什么区别呢？

 

随着GNSS系统的迅速发展，RTK技术由于可以在作业区域内提供实时的厘米级定位精度，在自动驾驶、无人机、精准农业和工业机器人等方面得到了广泛的应用。RTK技术全称为RTK（Real-time kinematic，实时动态）载波相位差分技术，是一种对GNSS进行辅助的技术。

GNSS卫星之所以能够对地球的终端进行定位，依靠的其实是三维坐标系，通过四颗卫星分别计算各个卫星与终端的距离△L，组成四个方程组后进行计算，分别得到经度、纬度、高程和时间。通过单位时间的位置变化，计算出终端的速度，三维坐标以及时间信息。

 

 

然而，卫星定位是存在误差的，误差既来自系统的内部，也来自外部。例如卫星信号穿透电离层和对流层时产生的误差，还有卫星高速移动产生的多普勒效应引起的误差等等，它们影响了系统的准确性和可靠性。为了更好地消除误差、提高定位精度，即出现了RTK定位技术。

除了卫星之外，RTK系统包括两个重要组成部分——基准站和流动站，这两个站都带有卫星接收机，可以观测和接收卫星数据。定位过程如下：

 

1. 基准站先观测和接收卫星数据；
2. 基准站通过旁边的无线电台（数据链），将观测数据实时发送给流动站（距离一般不超过20公里）；
3. 流动站收到基准站数据的同时，也观测和接收了卫星数据；
4. 流动站在基准站数据和自身数据的基础上，根据相对定位原理，进行实时差分运算，从而解算出流动站的三维坐标及精度，其定位精度可达1cm~2cm。即完成定位。

 

以上所述的定位技术是传统的RTK技术，它存在一个问题：流动站和基准站之间存在距离限制。为了解决这个问题，即出现了网络RTK技术。网络RTK相比于传统RTK是用区域型的GNSS网络误差模型取代了单点GNSS误差模型。

网络RTK用多个基准站组成基准站网，它们将数据发给中央服务器。中央服务器会根据数据模拟出一个“虚拟基准站”，因此，网络RTK也被称为“虚拟基准站技术”。对于流动站来说，它只会看到这个“虚拟基准站”，基于这个“虚拟基准站”发来的数据完成最终的测量运算。

在网络RTK的模型中，网络的稳定性对定位精度影响极大，必须保证网络通信稳定，从而确保差分数据稳定传输，才能实现超高定位精度。目前许多GNSS模拟器中也能通过RTCM消息生成虚拟基站。

 

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方案一：  通过一台模拟器进行，在GNSS模拟器中模拟卫星信号，转化为射频信号后由流动接收机进行接收，同时串行传输RTCM消息给接收机，从而计算出高精度的定位，但是这种方案一般应用于已知接收机有RTK的功能。

方案二：  使用两台GNSS模拟器，创建相同的模拟，需要同时使用同一个时钟源让它们实现同步，然后同样把卫星信号转化为射频信号，一个传送给基准站接收机，另一个送给流动站接收机，同时基准站接收机会发送RTCM消息给流动站，然后流动站计算，实现高精度定位。

方案三：  使用同一个模拟器创建模拟，可以不使用同步，两路信号同样一个给基站，一个给流动站；然后基站再发送RTCM消息给流动站，流动站计算，实现高精度定位。