Кинематическое позиционирование в реальном времени
Кинематическое позиционирование в реальном времени ( RTK ) — это применение геодезических исследований для исправления распространенных ошибок в современных спутниковой навигации (GNSS) системах . Он использует измерения фазы несущей сигнала волны в дополнение к информационному содержанию сигнала и полагается на одну опорную станцию или интерполированную виртуальную станцию для обеспечения поправок в реальном времени, обеспечивая до сантиметрового уровня точность (см. DGPS ). [1] Что касается, в частности, GPS, систему обычно называют улучшением фазы несущей или CPGPS . [2] Он находит применение в топографической съемке , гидрографической съемке и навигации беспилотных летательных аппаратов .
Фон
[ редактировать ]
Расстояние между приемником спутниковой навигации и спутником можно рассчитать по времени, которое требуется сигналу для прохождения от спутника к приемнику. Чтобы вычислить задержку, приемник должен выровнять псевдослучайную двоичную последовательность, содержащуюся в сигнале, с внутренне сгенерированной псевдослучайной двоичной последовательностью. Поскольку спутниковому сигналу требуется время, чтобы достичь приемника, последовательность сигналов спутника задерживается по отношению к последовательности приемника. Благодаря все большей задержке последовательности получателя обе последовательности в конечном итоге выравниваются.
Точность результирующего измерения дальности по существу является функцией способности электроники приемника точно обрабатывать сигналы со спутника, а также дополнительных источников ошибок, таких как несглаживаемые ионосферные и тропосферные задержки , многолучевое распространение, ошибки спутниковых часов и эфемерид . [3]
Отслеживание фазы несущей
[ редактировать ]спутникового сигнала RTK следует той же общей концепции, но в качестве сигнала использует несущую , игнорируя содержащуюся в нем информацию. RTK использует фиксированную базовую станцию и ровер, чтобы уменьшить ошибку определения местоположения ровера. Базовая станция передает данные коррекции на марсоход.
Как описано в предыдущем разделе, дальность до спутника по сути рассчитывается путем умножения длины волны несущей на количество полных циклов между спутником и марсоходом и сложения разности фаз. Определение количества циклов является нетривиальной задачей, поскольку сигналы могут быть сдвинуты по фазе на один или несколько циклов. Это приводит к ошибке, равной ошибке оценки количества циклов, умноженной на длину волны, которая составляет 19 см для сигнала L1. Решение этой так называемой задачи поиска целочисленной неоднозначности приводит к точности до сантиметра. Погрешность можно уменьшить с помощью сложных статистических методов, которые сравнивают измерения сигналов C/A и сравнивают полученные диапазоны между несколькими спутниками.
Улучшение, возможное при использовании этого метода, потенциально очень велико, если продолжать предполагать точность блокировки в 1%. Например, в случае GPS код грубого обнаружения (C/A), который транслируется в сигнале L1, меняет фазу на частоте 1,023 МГц, но сама несущая L1 составляет 1575,42 МГц, что меняет фазу более тысячи раз. чаще. Таким образом, ошибка ±1% при измерении фазы несущей L1 соответствует ошибке ±1,9 мм при оценке базовой линии. [4]
Практические соображения
[ редактировать ]
На практике системы RTK используют один приемник базовой станции и несколько мобильных устройств. Базовая станция ретранслирует фазу наблюдаемой несущей, а мобильные устройства сравнивают свои собственные измерения фазы с измерениями, полученными от базовой станции. Существует несколько способов передачи сигнала коррекции от базовой станции к мобильной станции. Самый популярный способ добиться недорогой передачи сигнала в реальном времени — использовать радиомодем , обычно в диапазоне УВЧ . В большинстве стран определенные частоты выделены специально для целей RTK. Большинство геодезического оборудования в стандартной комплектации имеет встроенный радиомодем УВЧ-диапазона. RTK обеспечивает повышение точности на расстоянии примерно до 20 км от базовой станции. [5]
Это позволяет устройствам рассчитывать свое относительное положение с точностью до миллиметров, хотя их абсолютное положение имеет точность только с той же точностью, что и вычисленное положение базовой станции. Для RTK с одной базовой станцией может быть достигнута точность 8 мм + 1 ppm (частей на миллион / 1 мм на км) по горизонтали и 15 мм + 1 ppm по вертикали относительно базовой станции, в зависимости от устройства. [6] Например, если базовая станция находится на расстоянии 16 км (чуть меньше 10 миль), относительная горизонтальная ошибка составит 8 мм + 16 мм = 24 мм (чуть меньше дюйма).
Хотя эти параметры ограничивают полезность метода RTK для общей навигации, этот метод идеально подходит для таких задач, как геодезия. В этом случае базовая станция расположена в известном месте съемки, часто в эталоне , и мобильные устройства могут затем создать высокоточную карту, принимая поправку относительно этой точки. RTK также нашел применение в системах автопривода/автопилота, точном земледелии , системах управления машинами и в аналогичных целях.
Сеть RTK расширяет возможности использования RTK на большую территорию, содержащую сеть опорных станций. [7] Эксплуатационная надежность и точность зависят от плотности и возможностей сети опорных станций. С помощью сетевого RTK можно достичь точности 8 мм + 0,5 ppm по горизонтали и 15 мм + 0,5 ppm по вертикали относительно ближайшей станции, в зависимости от устройства. [6] Например, если базовая станция находится на расстоянии 16 км (чуть меньше 10 миль), относительная горизонтальная ошибка составит 8 мм + 8 мм = 16 мм (примерно 5/8 дюйма).
Сеть непрерывно действующих опорных станций (CORS) — это сеть базовых станций RTK, которые передают поправки, обычно через подключение к Интернету. В сети CORS точность повышается, поскольку наличие более чем одной станции помогает обеспечить правильное позиционирование и защищает от ложной инициализации одной базовой станции. [8]
Виртуальная опорная сеть (VRN) аналогичным образом может повысить точность без использования базовой станции. [9]
См. также
[ редактировать ]- Дифференциальный GPS
- Европейская геостационарная навигационная служба (EGNOS)
- Система позиционирования Галилео
- Глобальная система позиционирования
- ГЛОНАСС
- Бэйдоу
- НаВИК
- НТРИП
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ваннингер, Ламберт. «Введение в сеть RTK» . www.wasoft.de . Рабочая группа IAG 4.5.1 . Проверено 14 февраля 2018 г.
- ^ Мэннингс, Робин (2008). Повсеместное позиционирование . Артех Хаус. п. 102. ИСБН 978-1596931046 .
- ^ Вайффенбах, Г.К. (1967-12-31), «Влияние тропосферного и ионосферного распространения на спутниковую радиодоплеровскую геодезию», Измерение электромагнитного расстояния , University of Toronto Press, стр. 339–352, doi : 10.3138/9781442631823-030 , ISBN 9781442631823
- ^ «Геопозиционирование, GPS, DGPS и точность позиционирования» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 ноября 2009 года . Проверено 20 июня 2006 г.
- ^ РИТДОРФ, Анетт; ДАУБ, Кристофер; ЛОЭФ, Питер (2006). «Точное позиционирование в режиме реального времени с использованием навигационных спутников и телекоммуникаций». МАТЕРИАЛЫ 3-го СЕМИНАРА ПО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЮ, НАВИГАЦИИ И КОММУНИКАЦИИ . CiteSeerX 10.1.1.581.2400 .
- ^ Jump up to: а б Trimble Inc. (октябрь 2020 г.). «Техническое описание — GNSS-система Trimble R12 — английский (США)» (PDF) . Тримбл . Проверено 3 марта 2024 г.
- ^ Гакстаттер, Эрик. «Сети RTK – Что, Почему, Где?» (PDF) . www.gps.gov . Встреча USSLS/CGSIC 2009 г. Проверено 14 февраля 2018 г.
- ^ Министерство торговли США, НОАА; Министерство торговли США, NOAA. «Национальная геодезическая служба — домашняя страница CORS» . www.ngs.noaa.gov . Проверено 11 декабря 2018 г.
- ^ «Руководство по проведению обследований CDOT» (PDF) . Департамент транспорта Колорадо . 2021.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Подробные концепции RTK. Подробные концепции GNSS, RTK и спутникового позиционирования.
- CORS Map Глобальная сеть постоянно действующих опорных станций.
- Карта GBAS Глобальная карта покрытия наземных дополнительных опорных маяков (GBAS).
- Рекомендации для пользователей по однобазовому позиционированию GNSS в реальном времени (NOAA)
- Руководство по интеграции RTK для интеграции приемников RTK в БПЛА и робототехнику
- История РТК Статья людей, участвовавших в зарождении РТК