RTK的误差特性及控制方法.docx
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RTK的误差特性及控制方法
RTK的误差特性及控制方法
1RTK定位的误差,一般分为两类:
（1）同仪器和干扰有关的误差:
包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。
（2）同距离有关的误差:
包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。
对固定基地站而言,同仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法予以削弱,同距离有关的误差将随移动站至基地站的距离的增加而加大,所以RTK的有效作业半径是非常有限的（一般为几公里）。
2同仪器和干扰有关的误差
（1）天线相位中心变化天线的机械中心和电子相位中心一般不重合。
而且电子相位中心是变化的,它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。
天线相位中心的变化,可使点位坐标的误差一般达到3-5CM。
因此,若要提高RTK定位精度,必须进行天线检验校正,检验方法分为实验室内的绝对检验法和野外检验法。
（2）多路径误差多径误差是RTK定位测量中最严重的误差。
多径误差取决于天线周围的环境。
多径误差一般为几CM,高反射环境下可超过10CM。
多径误差可通过下列措施予以削弱:
A、选择地形开阔、不具反射面的点位。
B、采用扼流圈天线。
C、采用具有削弱多径误差的各种技术的天线。
D、基地站附近辅设吸收电波的材料。
（3）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。
为了削弱电磁波幅射副作用,必须在选点时远离这些干扰源,离无线电发射台应超过200米,离高压线应超过50米。
在基地站削弱天线电噪声最有效的方法是连续监测所有可见卫星的周跳和信噪比。
（4）气象因素快速运动中的气象峰面,可能导致观测坐标的变化达到1~2DM。
因此,在天气急剧变化时不宜进行RTK测量。
3同距离有关的误差
同距离有关的误差的主要部分可通过多基准站技术来消除。
但是,其残余部分也随着至基地站距离的增加而加大。
（1）轨道误差目前,轨道误差只有几米,其残余的相对误差影响约为1PPM,就短基线（<10KM）而言,对结果的影响可忽略不计。
但是,对20-30KM的基线则可达到几厘米。
（2）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4倍。
利用下列方法使电离层误差得到有效的消除和削弱:
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。
实际上RTK技术一般都考虑了上述因素和办法。
但在太阳黑子爆发期内,不但RTK测量无法进行,即使静态GPS测量也会受到严重影响,太阳黑子平静期,小于5PPM。
（3）对流层误差对流层误差同点间距离和点间高差密切相关,一般可达3PPM。
为了保证RTKCM级精度,要对测站有关的误差一起模拟。
目前,常用的单、又频RTK系统的数据链电台多为美国PCC公司35W（基地站）和2W（移动站）电台。
实验表明,当两山顶之间能通视,距离为40多KM时,也可收到差分信号。
但是,移动站在城镇区作业时,如两点之间有房屋遮挡,即使相距1KM也很难收
到差分信号。
因此,国际上将RTK技术通常只用于几公里范围内、两点之间能电磁波“通视”的坐标测量。
浅述AshtechZ-X、MAX的RTK应用
Ashtech快速RTK
-----Z-Xtreme
1.Ashtech公司传统专利技术
2Z跟踪技术-----A比提高13个分贝,保证了恶劣观测条件持续工作,如林区作业
212通道全视野技术
2选通相关技术------消除多路径影响,提高精度
2多位信号处理技术-------用于射频抗干扰
2.Z-XtremeRTK新增加的优势
2InstantRTK技术------当PDOP〈5,锁定6可以上的卫星,基线长小于7公里的情况下,可在5秒内获得99.9%置信度的整周模糊度解
2WinCE控制手簿,触摸式操作,手簿防水防尘,专为野外工作所设计;
2Z-Xtreme主机由防风雨、耐冲击外壳及内部高集成度的部件组成,满足美国军标MIL-810E标准,可在各种恶劣环境中使用;
2Z-Xtreme主机设计了控制面板,3个快捷操作键,可用于显示观测状态及信息输入、检查测量模式、设置RTK基准站、显示卫星状况及电台模式等;
2增加了高灵敏度的RF部分
2采用与普通笔记本电脑兼容的PC卡作为内存卡,保证了内存的高容量和易读性;
2内置高容量的通用锂电池,单块电池最长工作时间10小时,容量5.4Ah,充电时电池与主机分离,延长了主板的使用寿命;
2设计精巧的整体整合性,成为其他厂家的模仿样板。
要介绍RTK首先要了解DGPS的一些知识
DGPS原理
目前GPS系统提供的定位精度是优于10米,而为得到更高的定位精度,我们通常采用差分GPS技术:
将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。
根据基准站已知精密坐标,计算出基准站到卫星的距离改正数,并由基准站实时将这一数据发送出去。
用户接收机在进行GPS观测的同时,也接收到基准站发出的改正数,并对其定位结果进行改正,从而提高定位精度。
DGPS概念
是一种用于改善定位和导航精度的技术措施。
具体做法是在已知点上设站连续观测求取改正数,以实时传送或后处理方式,对同一测区作为同步观测的其它接收机的定位数据进行改正。
DGPS（差分GPS）分为两大类:
伪距差分和载波相位差分。
1.伪距差分原理
这是应用最广的一种差分。
在基准站上,观测所有卫星,根据基准站已知坐标和各卫星的坐标,求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。
再与测得的伪距比较,得出伪距改正数,
将其传输至用户接收机,提高定位精度。
这种差分,能得到米级定位精度,如沿海广泛使用的“信标差分”
2.载波相位差分原理
载波相位差分技术又称RTK（RealTimeKinematic）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。
大量应用于动态需要高精度位置的领域。
RTK的实际应用
RTK测量（厘米级精度动态实时差分测量）:
RTK测量是将一台GPS接收机安装在已知点上对GPS卫星进行观测,将采集的的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上,再通过基准站电台发射出去;流动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时,也通过流动站电台接收由基准站电台发射的信号,经解调得到基准站的载波相位观测量;流动站的GPS接收机再利用OTF（运动中求解整周模糊度）技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度,最后求出厘米级精度流动站的位置。
这种测量方法的关键是求解起始的整周模糊度即初始化,并能始终保持。
因此RTK测量除要求有足够数量的卫星和卫星具有较好的几何分布外,还要求基准站与流动站间的数据通讯必须良好。
RTK作业流程
一、建立一个项目（参数设置、编译控制点）
二、基准站设置
将仪器的工作模式设为RTK基准站模式,并让基准站认知自己的位置,发送数据。
注意:
必须保证基准站WGS84坐标和控制点所对应的WGS84坐标在同一个WGS84坐标系统内。
三、流动站设置
将仪器的工作模式设为RTK流动站模式,建立差分关系,让流动站认知基准站的已知位置。
四、求解转换参数。
将仪器解算出的WGS84坐标转换为我们所需要的地方坐标。
（标准的BJ54坐标也可看作是地方坐标来求转换参数）
求取转换参数的方法主要有如下几种:
1、控制点联测求:
使用控制点的WGS84坐标和地方坐标两套坐标建立关系求得。
2、人工输入转换参数:
使用已知的转换参数。
3、地图投影确定转换参数:
使用已知的投影方式,从而确定转换参数。
注意:
使用方法2和3时基准站的坐标必须放在已知点上,而且基准站的WGS84坐标必须是已知的地方坐标通过已知的转换参数和投影方式反算得到。
五、进行点采集、放样等作业。
用控制点求转换参数时的多种作业方式:
1、基准站置于已知点上:
基准站的WGS84坐标的获得方法有2种:
A.使用已有的静态数据,具体做法如下:
直接将控制点的WGS84坐标和地方坐标输入手簿直接求取。
B.使用上点采集的方式获取,此种方法是在无WGS84成果的情况下使用,具体做法如下:
基准站的WGS84坐标直接从手簿中读取,然后将流动站拿到控制点上去采集WGS84坐标。
2、基准站置于未知点上,即基准站任意摆放时:
具体做法如下:
虚拟一个基准站的地方坐标,基准站的WGS84坐标直接使用手簿读取,然
后将流动站拿到控制点上去采集WGS84坐标。
此时由于基准站的地方坐标是一个虚拟坐标,基准站不得参与转换参数的求解。
RTK简明操作手册
1、新建工程:
点击屏幕上的FDC图标,进入如图1-1所示界面,显示了最近的工程信息。
选择新建工程,输入工程名称之后,点击OK按纽,画面（图1-2）问是否创建点,点击是（Y）按纽,进入画面（如图1-3）。
输入点名,描述以及点的三维坐标（N,E,EL）和WGS-84的大地坐标,点击按钮…,选择增加,输入的点便出现在下面的列表中（图1-4）。
注意:
如果有一个控制点,就输入一个,若有两个,就输入两个,依此类推。
图1-1图1-2
图1-3图1-4
2、基准站设置:
点击基站设置的图标,弹出基站设置对话框,如图3-2-1。
1、设置基站:
将基准站设在指定的点位上。
点击读当前GPS坐标得到GPS单点定位坐标。
如果在这之前你设置了控制点,点击图标…,可在列表、图上进行选取并可以知道点位的详细信息。
（1）可以在在纬度、经度和椭球高三栏中分别输入实际值,
（2）命名基准点:
命名一个基准点,保存到点表中。
（3）从点表中选:
弹出点表对话框,从列表选中点后,该点就作为基准点。
（4）从图上选:
弹出地图对话框,图上注明了点的示意图,根据情况单击选点
（5）显示点信息:
显示了该点的种类、坐标,以及在图上的位置
在纬度、经度和椭球高三栏中分别输入实际值,也可以点击读当前GPS坐标得到GPS单点定位坐标。
图3-2-1图3-2-2
2、设置天线:
（1）型号:
选择您所需要的一种类型。
选择了一个天线形号之后,在半径、偏移输入框中会出现对应数值。
（2）高度:
选择斜高或垂高后,输入量取的数值。
（3）半径、偏移:
修改天线盘半径和天线附加高的数值
图3-2-4
先点此按钮,出现右边图式,选择一个控制点后,‘OK’然后选择,接着确定天线型号,Z-XRTK的天线型号为‘GeodeticⅣ（ASH701975）’,输入天线高,是斜高还是垂直高,然后点‘设置基准站’注:
Z-MAX的天线型号为‘Z-MAX+GPS’
l当设置完基准站后,基准站电台开始发射,这是可以看到电台的‘TX’灯在有规律的闪动;
点击关闭按钮,关闭设置,回到主界面。
流动站设置
在点击移动站设置的图标后,弹出流动站设置界面,如图3-3-1:
图3-3-1
基准站设置在N点,移动站没有设置的条件下,显示了基准站的坐标,获取基站点的纬度、经度和大地高。
也可以点击“从基准站”获取。
天线对话框、设置流动站、原始数据的操作与基准站设置相似
点击关闭,回到主界面。
注:
Z-XRTK的天线型号为‘GeodeticⅣ（ASH701975）’;Z-MAX的天线型号为‘Z-MAX+GPS+UHF’
控制点
用于计算或者检核投影解算中的控制点。
点击控制点图标,进入控制点界面（图3-4-1）:
1.点名:
在输入框中输入控制点名。
2.描述:
输入关于该点的种类
以上两者也可以从列表、地图中选择
3.点信息,显示
（1）该点的N坐标、E坐标、高程、纬度、经度、椭球高
（2）GPS控制点:
选中该复选框时,该点为GPS控制点
（3）参与水平投影转换参数解算
（4）参与垂直投影转换参数解算
4.GPS状态…:
点击此按钮,进入GPS状态界面,显示接收机详细信息。
5.采集:
解算流动站的GPS量测结果,如图3-4-2
单击接受,如果GPS测量合格将记录该点;单击取消返回控制点界面。
图3-4-1图3-4-2
6.设置:
如果该点符合质量要求,就设置为控制点。
7.检核:
显示了GPS数据采集的质量参数,如图3-4-3。
8.点击关闭返回主界面。
图3-4-3
投影
投影界面用来选择和解算投影转换,包括各种投影面的转换,并支持坐标正反算。
点击“投影”图标,进入投影界面,如图3-5-1、3-5-2。
图3-5-1图3-5-2
投影类型:
有水平和垂直两种。
水平投影包括地方投影转换和投影平面。
1、在选中地方投影转换投影后,垂直选项也自动取地方投影转换,此时,界面变为如图状态,显示了解算的状态、参数包括尺度参数、平移参数、旋转参数、倾斜参数以及N坐标、E坐标、高程的极限。
图3-5-3图3-5-4
点击设置,如图3-5-3,给出了控制点列表,可以在列表中确定是否参与水平（H）或垂直（V）投影转换,FDC提供了手工指定参数的功能,单选“使用人工输入参数”,进入图3-5-4。
在对应的空格中填写相应的参数值,设好参数后,下面有解算进行计算,取消按钮,点击ok退到投影的主界面,可以看到设置后的参数,并得到处理后的结果。
求转换参数（控制点联测）详解:
将流动站放置到其他的控制点位上,先选择点位,然后点击采集,将会出现右边视窗当达到固定解时,点击接受,将会跳回左边的视窗,将方框内打勾,点击设置,弹出对话框‘设置成功’,然后关闭。
l在测区中同样的道理到其他控制点上操作
l解算转换参数（投影转换）
使用‘地方投影转换’,点击设置,出现右边图窗,图窗位置,将会出现各个控制点的点名,如果每个点的水平和垂直方向都参与结算,则点击图中的,此时‘NO’将会变成‘yes’,表示参与结算,反之亦然;控制点无误后,点击解算,如果结算结果正确,点击接受,千万点击‘接受’,至此,转换参数求解完毕。
转换参数求解后的各理想值为:
尺度:
接近于1（可能是1.000******）
旋转:
接近于0（可能是±0.000*****）
如果较大,请重新检核。
2、水平投影选择投影平面,垂直投影自动设为椭球高,界面如图3-3-5。
图3-3-5
此时,投影平面框列出了投影参数,包括:
坐标系统、投影面、投影带、南北半球等。
坐标系统:
UTM,GAUSS
选择预设投影面:
预设投影面包括WGS84、BJ54、NAD27、NAD83、TOKYO,点击投影面参数的按钮,可以弹出如下对话框,用于选择预设投影面或编辑用户自定义的投影面。
经度带:
全球自动分成60个6/120个3度带,用户可选择自动计算
南/北半球:
用户可选择南/北半球,也可以自动计算。
数据采集
数据采集是用来在当前工程中采集新的点。
界面如图3-7-1
1.采集点的说明:
1）坐标:
显示当前点的坐标,包括N坐标、E坐标、高程
2）点名称:
输入一个点名;描述:
该点的描述;同样在…中也可以选取已有的点。
2.解算质量:
1）解算方法:
有有自主定位解/码定位解/固定解/浮动解
2）卫星数目
3）水平精度:
水平中误差
4）垂直精度:
垂直中误差
3.历元计数:
观测时的历元数
4.选项:
1）点击高级选项,弹出图3-7-2界面:
（1）数据采集方法:
选取当前数据采集的模式有三种模式:
手工、按时间模式连续数据采集、按2D模式连续数据采集、按3D模式连续数据采集。
如上图选取了按2D模式连续数据采集。
（2）时间/距离间隔:
设置保存数据的时间间隔或距离。
（3）更新率:
设置接收机为1赫兹或5赫兹。
2）点击偏心观测:
用GPS去采集一个点要测一个点（待测点）,测不了,就找边上的一个点（偏心点）。
给出距离,测出角度（或给出角度）,根据偏心点的坐标可以求出待测点的坐标,见图3-7-3。
如果角度不是直接给出,那就要通过采集参考点和偏心点联系上的某一个点来求出方向。
3）点击工具:
GPS状态、移动站设置、投影、查看地图、控制点、GPS设置、重置整周模糊度七个选项,选中后,设置完毕,点击OK返回。
4）显示采样时间间隔、频率
5.接受按钮:
开始采集数据,FDC会进行检核,不合格解会弹出相应的消息框关闭:
弹回主界面
图3-7-2图3-7-2
RTK注意事项
无线modem协议,有GenericSerial,PacCrest;―Z-XRTK请选择PacCrest
1）设置基准站电台:
1.串口:
接收无线电的串口,选好后,再设置
2.波特率
3.通道:
电台通道,选好后,再设置
4.灵敏度:
设置电台的灵敏度,设好后,检查
设置流动站电台:
与基准站中的项目是相同的。
3.问题描述解决
l基准站设置完,电台不发射
――当基准站收到4颗卫星以上或接受卫星数目恒定时,设置基准站和流动站,这样将可以保证电台正常工作和获取健康的卫星数据;
l接收机无法接收卫星
――电缆连接是否正常
――电缆线有无问题
――有无遮挡
――判断GPS天线,可更换流动站GPS天线看是否可以解决
――判断主机,复位接收机,一种是软件复位,通过手簿或主机面板按键;一种是硬复位,方法是在主机关机状态下,同时按下开关键和回车键
l流动站接收不到基准站信号
――流动站手簿显示信息是‘无RTK’
――检查流动站和基准站距离,建议城区小于10km,个别地区小于5km,
――检查流动站电缆接插件是否紧固
――升高流动站天线延长杆,并使鞭状天线晃动,看是否有效
――检查基准站发射电台,看‘RX’灯是否闪烁,如果闪烁则表示电台收到干扰,建议更换频道,同时流动站做相应改正
――检查基准站发射电台ON/OFF灯是否闪烁,闪烁代表电源电量不足,更换电瓶,在正常状态下此灯是恒亮的
――检查GPS设置中基准站和流动站的无线modem协议是否一致为PacCrest
――检查基准站是否正常收星,如果基准站卫星数小于4颗,将无法驱动电台发射,流动站将接受不到电台信号
l流动站经过很长时间得到‘固定解’或无法得到‘固定解’
――在PDOP值小于5,以L1和L2频率跟踪6颗或更多的卫星,基线长小于7公里以及测点附近无明显多路经效应反射物的条件下,快速-RTK能在5秒之内获得99.9%置信度的整周模糊度解
――如果作业条件符合以上所列而无法得到或很慢,请分析:
――无线电环境:
基准站附近有无大的无线电发射架,基准站电台有无干扰
卫星环境:
直接影响源是太阳黑子是否爆发,如果爆发,则RTK的定位速度和精度将会受到严重影响,可登陆网站获得太阳活动信息;
――从一点到另外一点,如果在此过程中流动站出现过失锁,到达新的测试点后,建议重设流动站,以剔除解算中的不干净数据
――卫星数少会影响解算速度
――电台收到外来干扰会影响解算速度
――太阳活动剧烈会严重影响速度
――建议作业前做好星历预报、太阳预报;作业时注意无线电干扰
l静态时主机不记录数据
――按照出场设置,接收机将会每隔20秒记录一次历元,接收机中间的灯将会闪烁一次,如果不记录
――请确认能否正常收星
――请确定PC卡已插好
――请确认数据卡是否记满
――联系经销商
l手簿与主机无法连接
――检查接插件是否插紧
――检查连连接线
――更换主机的连接口,如从A口更换到B口,同时在手簿中更改设置,以确定是否是串口问题
l电池使用时间减少
――正常的充电电池的衰减期约为4年,随着时间的推进,使用时间将会缩短
――校验电池,检较槽是充电器的左槽,电池插入后将亮红色灯,按下检较钮后,将变为黄色灯闪烁,检较完成时变为绿灯闪烁,整个时间超出12小时
――检较后无法恢复的电池请联系代理商
l开机后主机一直显示‘CHECK’
――正常开机后将显示‘CHECK’字符2秒钟
――如果一直显示,尝试关机,重插电池和PC卡
――无法解决请联系经销商
liPAQ程序数据丢失
――建议联系经销商安装内存卡来避免
4.维护保养
l基准站无线电台使用注意事项:
――PDL电台工作温度为:
（-30§+60）保存温度（-55§+85）,如果工作中超出以上温度范围,则不能保证电台正常作业或损坏电台
――PDL电台是防水电台,降雨环境可以继续作业,工作完后请注意干燥
――为防止高温损坏电台,请保持通风,严禁太阳下暴晒电台
――为减少电台发热量,在做短基线测量时（<5km）,请保持在低档开关（2w）
l请按照培训要求来缠绕电缆和电缆的放置
l请注意各个接插件插拔的正确方法
l请注意Z-X主机在包装袋中的安放,不要使底部电缆线弯折
l请注意GPS天线的正确放置
l请不要摔电池
l雨中作业完成后请注意干燥
l流动站由一个人来进行全部操作,背包和流动杆应为同一人,防止电缆线拉扯
l包装箱为全密封抗摔设计,温度升高无法开箱时,请旋松放气螺旋后打开;装箱时由同一个人操作,防止夹断手指
确认测站点的位置是否适宜于GPS观测,当存在障碍物时,观测时间要延长才能获得同样效果
GPS技术在公路测量中的应用
一、GPS技术发展现状
全球定位系统GPS（GlobalPositioningSystem）是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统,具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能,能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。
单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面;对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式。
相对测地定位是利用L1和L2载波相位观测值实现高精度测量,其原理是采用载波相位测量局域差分法:
在接收机之间求一次差,在接收机和卫星观测历元之间求二次差,通过两次差分计算解算出待定基线的长度;求解整周模糊度是其关键技术,根据算法模型,设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。
静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度测量;快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程测量;而RTK测量以其快速实时,厘米级精度等特点广泛应用于数据采集（如碎部测量）与工程放样中。
RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。
GPS测地型接收设备是实现测地定位的基本条件,接收机有单频与双频之分,双频机能以L2观测值修正电离层折射影响,最适宜于中、长基线（大于20km）测量,具有快速静态测量的功能,可升级为RTK功能;单频机适宜于小于20km的短基线测量,对于一般工程测量具有良好的性能价格比。
RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备组成,整套设备在轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点,完全可以满足数据采集和工程放样的要求。
鉴于GPS系统在轨卫星数有限,在对空通视受遮挡的条件下,不能保证正常解算,影响定位的精度和可靠性。
实践表明,单频GPS系统由于多环境的制约,存在着很大的局限性。
随着俄罗斯的全球导航卫星系统（CLONASS）的不断完善,利用GLONASS来改善GPS性能的双星座系统（GLONASS+GPS
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