模板: GNSS Scope

定位原理

什么是GNSS?

GNSS全称Global Navigation Satellite System(全球导航卫星系统) , 是多个卫星系统的总称 , 目前世界上有BDS(中国) , GLONASS(俄罗斯) , GPS(美国) , Galileo(欧洲) , QZSS(日本) , IRNSS(印度)导航卫星系统 , GNSS特性如下:

• GPS系统是现阶段应用较为广泛 , 技术较成熟的卫星定位技术 . 相继发展出L1C/A , L2C , L5等频段信号提高了定位精度 .
• 多系统多频段GNSS模组能够捕获来自不同卫星系统的卫星 , 使得有效卫星数大幅度提升 , 提高定位精度和稳定性 .
• GNSS模组接收到的信号包含反射和折射信号 , 产生多路径效应影响定位精度 , 多频段多星座系统技术可以有效抑制削弱大气层误差 , 提高定位精度 .
• 随着GNSS发展 , 出现了多种定位技术如RTK , PPP-RTK和多传感融合定位DR(Dead Reckoning 航位推测法)等 , 满足差异化高精度定位需求 .

GPS工作原理

本小节简述GPS接收机定位的工作原理如下图所示 细节描述如下5点 . 定位原理详情请参考GPS定位基本原理 GPS工作原理 , Fundamentals of gps receivers , FUNDAMENTALS OF GPS

• GPS卫星在空中连续发送带有自身时间和位置信息的无线电信号 , 供GPS接收机(GNSS模组如ZED-F9P)接收
• 卫星和接收机内部会产生伪随机码 , 一旦两个伪随机码实现同步 , 接收机便能测定无线电信号发射时间与到达接收机的时间之差(简称时延) , 将时延乘上光速便得到距离(简称伪距)
• GPS系统时间是由每颗卫星上原子钟的铷原子频标保持的 . 这些星钟一般来讲精确到世界协调时（UTC）的几纳秒以内 , UTC是由海军观象台的“主钟”保持的，每台主钟的稳定性为若干个10^(-13)秒 .
• GPS卫星上的计算机和导航信息发生器精确地了解其轨道位置和系统时间 , 而全球监测站网保持连续跟踪卫星的轨道位置和系统时间 . 位于科罗拉多州施里弗（Schriever）空军基地内的主控站与其运控段一起 , 至少每天一次对每颗GPS卫星注入由复杂模型基础上计算出的轨道位置和星上时钟校正数据 .
• 计算GPS接收机(GNSS模组)的三维位置 , 要求GPS接收机至少接收来自4颗卫星的信号 , 根据空间三角形勾股定理和四元一次方程计算得到三维位置.

什么是RTK?

RTK全称Real Time Kinematic (实时动态技术) , 又称载波相位差分技术 , 是一种支持厘米级定位精度的GNSS定位技术(简称RTK技术) , 是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法 , RTK技术工作过程如下图所示,通过移动网络实时将基准站(GNSS接收机)的生成的DGPS corrections传输给流动站(GNSS接收机)进行计算实现厘米定位 .

RTK技术的应用

• 各种控制测量比如传统的大地测量 , 工程控制测量采用三角网 , 导线网方法来施测，采用RTK技术实时测得定位精度保证观测质量 , 提高作业效率 , 相比常规GPS静态测量 , 快速静态 , 伪动态这些非实时性方法在测量完成后，后续处理若发现精度不合要求还须返测 . 另外RTK技术用于公路控制测量 , 电子线路控制测量 , 水利工程控制测量 , 大地测量 , 可减少人力强度 , 节省费用 , 在几分钟甚至于几秒钟内就可完成控制点测量 .

• 地形测图 . 采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地形地貌碎部点呆上一二秒种，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，这样用RTK仅需一人操作，不要求点间通视，大大提高了工作效率，采用RTK配合电子手簿可以测设各种地形图，如普通测图、铁路线路带状地形图的测设，公路管线地形图的测设，配合测深仪可以用于测水库地形图，航 海海洋测图等等。

• 放样程放样是测量一个应用分支，采用RTK技术放样时，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会提醒你走到要放样点的位置，既迅速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高，且只需一个人操作。