南方RTK操作学习指南

G PS定位原理
二、点位测定原理
当只有一颗卫星时，我们只能确定以 R1为半径的圆 上的某个点上。
当有两颗卫星时，2个球面相交成一个圆弧点位被限 制在一曲线上。
G PS定位原理
G PS定位原理
• 当只有三颗卫星时，3个球面相交成一个点,3个距 离段可以确定纬度，经度，和高程,点的空间位置 被确定。
关于RTK的工作原理和精度分析
• 也就是说，两台接收机（一台基准站，一台流动站） 都在观测卫星数据，同时，基准站通过其发射电台 把所接收的载波相位信号（或载波相位差分改正信 号）发射出去；那么，流动站在接收卫星信号的同 时也通过其接收电台接收基准站的电台信号；在这 两信号的基础上，流动站上的固化软件就可以实现 差分计算，从而精确地定出基准站与流动站的空间 相对位置关系。在这一过程中，由于观测条件、信 号源等的影响会有误差，即为仪器标定误差,一般为 平面1cm+1ppm，高程2cm+1ppm
• 2、多路径效应
• 由于接收机周围环境的影 响，使得接收机所接收到 的卫星信号中还包含有反 射和折射信号的影响，这 就是所谓的多路径效应。
GPS误差来源
• 三、接收机有关的误差 • (1) 接收集钟差 接收机钟差是GPS接收机所使用
的钟的钟面时与GPS标准时之间的差异。 • (2) 接收机天线相位中心偏差 接收机天线相位中
G P S 测量基础知识
3. 观测时段 Observation 测站上开始接收卫星信号到停 接收，连续观测的时间长度。
4. 同步观测 Simultaneous Observation 两站或两站以上接收机同时对同一组卫星进行观测。
5. 天线高 Antenna Height 观测时接收机相位中心到测站中心标志面的高度。
14. 高度截止角 Elevation Mask Angle 为了屏蔽遮挡物 （如建筑物、树木等）及多路径效应的影响所设定的 角度阀值，低于此角度视野域内的卫星不予跟踪。
G PS定位原理
一、距离测定原理
1、伪距测量
G PS定位原理
G PS定位原理
伪距测量是利用全球卫星定位系统进行导航定位的最基本的方法，其基 本原理是：在某一瞬间利用GPS接收机同时测定至少四颗卫星的伪距， 根据已知的卫星位置和伪距观测值，采用距离交会法求出接收机的三 维坐标和时钟改正数。伪距定位法定一次位的精度并不高，但定位速 度快，经几小时的定位也可达米级的若再增加观测时间，精度还可以 提高。
• 当只有四颗卫星时，4段或更多的距离就解决了纬 度，经度，高程和时间四个未知数,这就类似于测 边交会问题的解决原理。
G PS定位原理
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• 多颗卫星不间断地发送自 身的星历参数和时间信息， 用户接收到这些信息后， 经过计算求出接收机的三 维位置，三维方向以及运 动速度和时间信息。
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每一卫星播发一个伪随机测距码信号，该信号大约每1毫秒播发一次， 接收仪同时复制出一个同样结构的信号并与接收到的卫星信号进行比 较，由信号的延迟时间(dT)推算出卫星至接收仪的距离。
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2、载波相位测距
载波相位测量是利用GPS卫星发射的载波为测距信 号。由于载波的波长(λL1＝19cm，λL2＝24cm) 比测距码波长(λC/A=293m,λp=29.3m)要短得多， 因此对载波进行相位测量，就可能得到较高的测 量定位精度。
G PS定位原理
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整周未知数N的确定是载波相位测量中特有的问题，也是进 一步提高GPS定位精度、提高作业速度的关键所在。目前， 确定整周未知数的方法主要有三种：伪距法、N作为未知 数参与平差法和三差法。
考虑到GPS定位时的误差来源，当前普遍采用的观测量线性 组合方法称之为差分法，其具体形式有三种，即所谓的单 差法、双差法和三差法。
心偏差是GPS接收机天线的标称相位中心与其真实 的相位中心之间的差异。 • (3) 接收机软件和硬件造成的误差 在进行GPS定 位时，定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬 件等的影响。 • (4) 天线相对旋转产生的相位增加效应
GPS误差来源
• 四、其它 • (1) GPS控制部分人为影响 由于GPS控制部分
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• 二、坐标转换
• 空间相对位置关系不是我们要的最终值,因此还有一步工作 就是把空间相对位置关系纳入我们需要的坐标系中。GPS直 接反映的是WGS-84坐标,而我们平时用的则是北京54坐标系 或西安80坐标系,所以要通过坐标转换把GPS的观测成果变成 我们需要的坐标。这个工作有多种模型可以实现，我们的软 件采用的是平面与高程分开转换，平面坐标转换采用先将 GPS测得成果投影成平面坐标，再用已知控制点计算二维相 似变换的四参数，高程则采用平面拟合或二次曲面拟合模型， 利用已知水准点计算出该测区的待测点的高程异常，从而求 出他们的高程。坐标转换也会带来误差，该项误差主要取决 于已知点的精度和已知点的分布情况。
从以上原理我们可以知道， 在GPS测量时， 至少需要四颗卫星即可进行测量，
但由于卫星信号的误差源比较多， 想要得到更高精度的 点位精度或在进行RTK测量时， 必须要在五里颗以上才能保证测量的精 度。
GPS误差来源
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• 一、与GPS卫星有关的误差
• 1、卫星时钟误差
• 即使卫星是非常的精密复杂，它可以计算出一些极微小的 讯息信息，如原子钟(Cesium) 即是如此一个精准的装置， 但是精准并不代表完美，因此仍会有一些微小的误差产生， 即使卫星的定位会持续的被监控着，但并不是每一秒都处 于被监视的状态之中，这期间一旦有微小的定位误差或卫 星星历的误差产生，便会影响到接受器在定位计算时的准 确性。
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• 之内，则可以判定是已知点的问题(有可能找错点 或输错点)，有可能已知点的精度不够，也有可能 已知点的分布不均匀。当平面已知点只有两个时， 则只能满足计算坐标转换四参数的必要条件，无 多余条件，也就不能给出坐标转换的精度评定,此 时，可以从查看四参数中的尺度比ρ来检验坐标 转换的精度，该值理想值为1，如果发现ρ偏离1 较多（比如：|ρ-1|≧1/40000，超出了工程精 度），则在保证GPS测量精度满足要求的情况下， 可判定已知点有问题。
12. 局域增强差分系统（LAAS） LocalArea AugmentationDifferential GPS System 将基准站所算得的伪距差分和载波相位差分改正值、C/A码测距信号， 一起由地基播发站 制在L1 频道上传输给用户站。
13. 在航初始化 （OTF） On The Flying 是整周模糊度的在航解算方法。
的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。 • (2) 数据处理软件的影响 数据处理软件的算法
不完善对定位结果的影响。 • (3) 固体潮、极潮和海水负荷的影响。 • (4) 相对论效应。卫星钟和地面钟由于存在相对
运动，从地面观测，卫星钟走得慢，影响电磁波 传播时间的测定
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GPS误差来源
• 二、与传播路径有关的误 差
• 1、大气层延迟 • (1) 电离层延迟 由于地球
周围的电离层对电磁波的 折射效应，使得GPS信号 的传播速度发生变化，这 种变化称为电离层延迟。
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• (2) 对流层延迟 对于地球 周围的对流层对电磁波的 折射效应，使得GPS信号 的传播速度发生变化，这 种变化称为对流层延迟。
6. 参考站 Reference Station 在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别在一个或几个测站上，一 直保持跟踪观测卫星，其余接收机在这些测站的一定范围内流动作业, 这些固定测站就称为参考站。
7. 流动站 Roving Station 在参考站的一定范围内流动作业，并实时提供三维坐标的接收机称流动 接收机。
10. 永久性跟踪站Permanent Tracking Station 长期连续跟踪接收卫星信号的永久性地面观测站。
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11. 广域增强差分系统（WAAS） WideArea Augmentation Differential GPS System WAAS 系统是将主控站所算得的广域差分信号改正信息，经过地面站 传输至地球同步卫星，该卫星以GPS 的L1 频率 载波，将上述差分改 正信息当作GPS 导航电文转发给用户站，从而形成广域GPS 增强系 统。美国已计划将WAAS 发展成国际标准,是美国GPS现代化计划的 一部分。
• 一、实时载波相位差分
• 我们知道，在利用GPS进行定位时，会受到各 种各样因素的影响(见上节中的GPS误差源),为了 消除这些误差源,必须使用两台以上的GPS接收机 同步工作.GPS静态测量的方法是各个接收机独立 观测，然后用后处理软件进行差分解算。那么对 于RTK测量来说，仍然是差分解算，只不过是实时 的差分计算。
关于RTK的工作原理和精度分析
• 从上可以看出，RTK的测量精度包括两个部分，其一是GPS 的测量误差，其二是坐标转换带来的误差。
• 对于南方RTK设备来说，这两项误差都能够反映，GPS的 测量误差在实时测量时可以从手簿上的工程之星中看得到 （HRMS 和 VRMS）.对于坐标转换误差来说，又可能有两 个误差源，一是投影带来的误差，二是已知点误差的传递。 当用三个以上的平面已知点进行校正时，计算转换四参数的 同时会给出转换参数的中误差（北方向分量和东方向分量, 必须通过控制点坐标库进行校正才能得到)。值得注意的是， 如果此时发现转换参数中误差比较大（比如，大于5cm）, 而在采集点时实时显示的测量误差在标称精度范围
• 经常一些客户会打电话给我询问一些有关RTK的精 度问题,根据我的总结,这些客户对RTห้องสมุดไป่ตู้的原理掌握 不够深刻,对一些能反映RTK精度的指标也理解不 透.在此我对RTK的原理及精度简要的阐述一下,希 望能抛砖引玉,对大家有所帮助.
• RTK是实时动态测量，其工作原理可分为两部分 阐述。
关于RTK的工作原理和精度分析
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8. 世界大地坐标系1984 （WGS1984） World Geodetic System 1984 由美国国防部在与WGS72 相关的精密星历NSWC –9Z-2 基础上，采 用 1980大地参考数和BIH1984.0 系统定向所建立的一种地心坐标系。
9. 国际地球参考框架ITRFYY InternationalTerrestrial Refference Frame 由国际地球自转服务局推荐的以国际参考子午面和国际参考极为定向 基准，以IERS YY 天文常数 基础所定义的一种地球参考系和地心 （地 球）坐标系。
2.实时动态测量(RTK) Real Time Kinematic RTK 定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实 时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。 在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一 起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还 要采集GPS 观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流 动站可处于静止状态，也可处于运动状态。RTK 技术的关键在于数据 处理技术和数据传输技术。
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• 2、星历误差（即卫星轨道误差）
卫星星历误差 在进行GPS定位时，计算在某时 刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种 类型的星历提供的，但不论采用哪种类型的星历， 所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异， 这就是所谓的星历误差。
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• 3、SA政策
• SA 美国政府从其国家利益出发，通过降低广 播星历精度（ε技术）、在GPS信号中加入高频抖 动等方法，人为降低普通用户利用GPS进行导航 定位时的精度（目前已经取消）。
GPS技术交流与学习
第 一 章：G P S 测 量基 础知识
1.全球定位系统(GPS ) Global Position System GPS 是由美国研制的导航、授时和定位系统。它由空中卫星、地面跟 踪监控站、和用户站三部分组成，具有在海、陆、空进行全方位实时 三维导航与定位能力。GPS 系统的特点是高精度、全天候、高效率、 多功能、操作简便、应用广泛等。