第六讲-网络RTK技术及网络RTK系统的管理和定位服务软件

GNSScenter,WuhanUniversityGNSS网络RTK技术及软件唐卫明武汉大学卫星导航定位技术研究中心GNSScenter,WuhanUniversity网络RTK技术原理1网络RTK技术的定义2网络RTK技术的基本思想3网络RTK技术的优势4网络RTK技术的基础5网络RTK系统概述6网络RTK定位中的误差分类和处理7网络RTK中GNSS数据处理关键技术8网络RTK主要技术和方法9网络RTK系统服务相关技术GNSScenter,WuhanUniversity1网络RTK技术的定义网络RTK技术在某一区域内建立多个(一般为3个或3个以上)的GNSS基准站,对该地区构成网状覆盖,并以这些基准站中的一个或多个为基准,计算和发播GNSS改正信息,对该地区内的GNSS用户进行实时改正的定位方式,称为GNSS网络RTK。网络RTK技术包括了利用连续运行GNSS参考站网络、计算机网络通讯、无线通讯、GNSS高精度定位技术等，为覆盖范围内的流动站用户实时提供高精度的GNSS定位结果的一系列技术。网络RTK系统利用网络RTK技术建立起来的实时GNSS连续运行卫星定位服务网络。硬件，软件，服务综合GNSScenter,WuhanUniversity网络RTK,PPP和CORS网络RTK是一种技术，是相对于常规RTK提出出来的。PPP是一种技术，是相对应单点定位（SPP)提出来的。网络RTK系统是CORS系统中为用户提供实时高精度动态定位服务系统CORS是一种基础设施、系统，可以应用网络RTK技术、PPP技术为用户提供实时服务。同时CORS还具有很多其他的功能GNSScenter,WuhanUniversity连续运行卫星定位服务系统-CORSCORS是利用GNSS技术、计算机网络技术、通信技术组成的网络，提供移动定位、动态框架等空间位置信息的服务系统。CORS不仅是动态的、连续的空间数据参考框架，同时也是快速、高精度获取空间数据和地理特征的设施之一。CORS是地球空间信息网格的网格具体应用，同时也是RT-CORS也是构造层重要的组成部分，提供网格框架基准。GNSScenter,WuhanUniversity2网络RTK技术的基本思想目的解决差分GNSS定位中，流动站离基准站距离较远情况下，差分观测值的某些误差残余大（对流层，电离层等），无法实现精确定位的问题。方法利用流动站周围的基准站的观测数据和已知坐标，计算出流动站处的误差改正数C(XC,YC)A(XA,YA)B(XB,YB)u(Xu,Yu)GNSScenter,WuhanUniversity3网络RTK的优势（相对于常规RTK）覆盖范围更广成本更低精度和可靠性更高应用范围更广改进了OTF初始化时间GNSScenter,WuhanUniversity常规RTK与网络RTK－覆盖范围和精度GNSScenter,WuhanUniversity常规RTK与网络RTK—作用距离和精度GNSScenter,WuhanUniversity网络RTK的初始化时间序号点号测卫星数初始化时间(s)1麻涌镇政府7302下江城7/730/123附城中学9204月溏管理区8/837/255田头小学9/930/126东坑9/929/147果菜站8/830/138永康手袋厂8/832/129水平小学8/835/1410雄师大酒店7/735/4811白石岗小学9/935/1612长峰山7/730/3513高山城8/843/6014水贝工业区8/831/1415宝屯管理区7/730/1516南洲小学9/835/1117龙背岭小学6/620/918清湖头管理区10/1014/1419沙湖管理区10/615/15GNSScenter,WuhanUniversity4网络RTK定位的技术基础差分GNSS技术整周模糊度的确定周跳的探测和修复观测值的线性组合GNSScenter,WuhanUniversity差分GNSS技术差分GNSS的基本原理差分观测值的定义和种类差分GNSS的分类GNSScenter,WuhanUniversity差分GPS的基本原理误差的空间相关性以上各类误差中除多路径效应均具有较强的空间相关性，从而定位结果也有一定的空间相关性。差分GPS的基本原理利用基准站（设在坐标精确已知的点上）测定具有空间相关性的误差或其对测量定位结果的影响，供流动站改正其观测值或定位结果差分改正数的类型距离改正数位置（坐标改正数）改正数观测值改正数GNSScenter,WuhanUniversity差分观测值的定义和种类差分观测值的定义将相同频率的GPS载波相位观测值依据某种方式求差所获得的新的组合观测值（虚拟观测值）差分观测值的特点可以消去某些不重要的参数，或将某些对确定待定参数有较大负面影响的因素消去或消弱其影响求差方式站间求差卫星间求差历元间求差GNSScenter,WuhanUniversity站间求差（站间差分）求差方式同步观测值在接收机间求差数学形式特点消除了卫星钟差影响削弱了电离层折射影响削弱了对流层折射影响削弱了卫星轨道误差的影响ABI站间差分：BI-AI)()()(,tttIAIBIBAGNSScenter,WuhanUniversity星间求差（星间差分）求差方式同步观测值在卫星间求差数学形式特点消除了接收机钟差的影响AI星间差分：AJ-AIJJ为参考星)()()(,tttIAJAJIAGNSScenter,WuhanUniversity历元间求差（历元间差分）差分方式观测值在间历元求差数学形式特点消去了整周未知数参数AI(t)i+1历元间差分：AI(t)-AI(t)i+1iI(t)i)()(),(11iIAiIAiiIAttttGNSScenter,WuhanUniversity单差、双差和三差单差：站间一次差分双差：站间、星间各求一次差（共两次差）三差：站间、星间和历元间各求一次差（三次差）单差双差三差)()()(,tttjAjBjBA)()()(,,,,tttjBAkBAkjBA)()(),(,,1,,1,,ikjBAikjBAiikjBAttttGNSScenter,WuhanUniversity载波作用搭载其它调制信号测距测定多普勒频移类型目前•L1–频率：154f0=1575.43MHz；波长：19.03cm•L2–频率：120f0=1227.60MHz；波长：24.42cm现代化后•增加L5–频率：115f0=1176.45MHz；波长：25.48cmL119.03cmL224.42cmGNSScenter,WuhanUniversityGPS载波相位测量观测值观测值整周计数整周未知数（整周模糊度）优点精度高，测距精度可达0.1mm量级难点整周未知数问题整周跳变问题载波相位观测值Int0NN0Fr0N0Int()iFrit0ti)()(~)()()(000FrIntNFrIntFriii通常表示为：以后的观测：首次观测：GNSScenter,WuhanUniversity载波相位模糊度的确定方法1.在观测值领域的搜索技术利用接收机的伪距观测值，特别是P码伪距观测值与相位观测值组合平滑，从而确定整周未知数。（双频P码法）2.在坐标域内的搜索技术如果初始的坐标估计足够精确，整周模糊度可以利用这些初始坐标进行估计，如果初始坐标的偏差，整周模糊度不能通过坐标直接确定。（模糊度函数法）3.在估计的模糊度域内的搜索技术先利用所有的观测值一起进行平差处理，从而得到基线向量和模糊度参数的浮点解，并且获得模糊度方差-协方差阵。根据模糊度参数的精度信息，构造搜索空间，寻找一组使残差平方和最小的整数模糊度参数的组合。通过一个基于统计检验的确认过程，搜索出模糊度，得出基线向量的固定解。（FARA,FASF,LAMBDA,QIF）GNSScenter,WuhanUniversity周跳的探测和修复1.周跳如果因为某种原因使得载波相位观测值中的整周计数器累计工作产生中断，那么恢复累计后所有的计数中都会包含有同一个偏差，此偏差就是中断期间丢失的整周数，通常称为周跳。2.周跳的探测和修复方法高次差法多项式拟合法伪距/载波组合法电离层残差法卡尔曼滤波法冗余观测值法三差法小波分析法N0Fr0N0Int()iFrit0tiGNSScenter,WuhanUniversity1.线性组合观测值选取原则更长的波长，有利于解算整周模糊度能够消除或削弱某个因素的影响，如电离层、几何距离等具有较小的量测噪声2.网络RTK技术中常用的几种线性组合观测值观测值的线性组合宽巷组合观测值51251122121()LfLfLff无电离层组合观测值31122ff223112222121()LfLfLff223112222121()PfPfPffMelbourne-Wübbena组合观测值)(1)(12211212211216PfPfffLfLfffL612()/WLNLffcGNSScenter,WuhanUniversity5网络RTK系统示意图GNSScenter,WuhanUniversitySatelliteCGPSstationCGPSstationSatelliteCGPSstationSatelliteRealTimeCorrectionsCGPSstationServerCentralPostProcessingDataAvailable(cmaccuracy)网络RTK系统示意图GNSScenter,WuhanUniversity网络RTK系统的作用提供GPS基准站原始数据服务分米级实时定位可以满足城市和市政测图、资源管理、精细农业、环境监测、水利测量、车辆自动定位导航系统、GIS，资产和市政管理等厘米级高精度定位可以满足地籍测量、建筑放样和施工控制、港口和受限制水道的精密导航、线路道路测量、高精度资产管理、地形测量和工程测量、油气勘探等GNSScenter,WuhanUniversity网络RTK系统流动站通讯作业模式单向数据通讯用户数量不限全网统一播发误差改正数，流动站的误差在流动站处计算用户只接收，不发播双向数据通讯用户具有数量限制用户发播自己的概略位置，处理中心计算相应的误差改正数或生成虚拟观测值，回发给用户GNSScenter,WuhanUniversity6网络RTK定位中误差的分类及处理方法与接收机测站有关的误差接收机钟差（单点定位求出概略钟差，星间求差消除）接收机天线相位偏差（参数改正）固体潮改正（基线长度100km忽略;100km模型改正）大洋负荷改正(离海岸线距离1000km忽略；1000km模型改正)地球自转改正（模型改正）与卫星有关的误差卫星钟差（星历中参数模型改正，多基准参数估计，测站间求差消除）卫星轨道误差（多基准参数估计、线性组合消除，精密星历）天线相位偏差（发射前测定，直接进行改正）相对论效应（发射前人为调整）与信号传播有关的误差对流层延迟（模型改正，多基准参数估计）电离层延迟（模型改正，无电离层组合，多基准参数估计）多路径效应（抑径圈，好的观测条件）GNSScenter,WuhanUniversity多路径误差与多路径效应多路径（Multipath）误差在GPS测量中，被测站附近的物体所反射的卫星信号（反射波）被接收机天线所接收，与直接来自卫星的信号（直接波）产生干涉，从而使观测值偏离真值产生所谓的“多路径误差”。多路径效应由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应称为多路径效应。GNSScenter,WuhanUniversity应对多路径误差的方法①观测上选择合适的测站，避开易产生多路径的环境易发生多路径的环境GNSScenter,WuhanUniversity应对多路