【文章內容簡介】 號的能量，是較理想的設站地址。翻耕后的土地和其它粗糙不平的地面反射能力也較差，也可選站。（ 2）測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中。以避免反射信號從天線抑徑板上放進入天線，產(chǎn)生多路徑誤差。（ 3）測站應離開高層建筑物。觀測時，汽車也不要停放的離測站過近。 2 對接收機天線的要求。（ 1）在天線中設置抑徑板，通過抑徑板來阻止被地面反射的衛(wèi)星信號，來避免讀路徑 誤差的產(chǎn)生。（ 2）改進接收天線。接收天線對于極化特性不同的反射信號應該有較強的抑制作用。 3 在靜態(tài)定位時，經(jīng)過長時間的觀測，多路徑誤差的影響可大大減弱。 4 結論 通過對 GPS測量的誤差分析，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差（衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機鐘差以及大氣折射誤差）的減弱，主要靠通過改進接收機的性能和增強衛(wèi)星技術的發(fā)展；而偶然誤差（信號的多路徑效應、接收機的位置誤差、天線相位中心位置誤差）的減弱，可以通過測量人員的工作態(tài)度和工作熱情，以及經(jīng)驗的豐富來減弱。 GPS RTK技術研究 1 RTK技術 RTK（ Real Time Kinematic）技術是差分 GPS 定位技術，也稱載波相位差分技術。差分 GPS定位技術是一種高效的定位技術，它是利用 2臺以上 GPS接收機同時接收衛(wèi)星信號，其中一臺安置在已知坐標點上作為基準站，另一臺用來測定未知點的坐標 ——稱移動站，基準站根據(jù)該點的精確坐標求出其到衛(wèi)星的距離改正數(shù)并將這一改正數(shù)發(fā)給移動站，移動站根據(jù)這一改正數(shù)來改正其定位結果，從而大大提高定位精度；是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法，它又分為修正法和差分法，修正法是將基準站的載波相位修正值發(fā)給移動站，改正移動站 接收到的載波相位，再求解坐標，也稱準 RTK。差分法是將基準站采集到的載波相位發(fā)送給移動站，進行求差結算坐標，也稱真正的RTK。 RTK工作原理及模式 RTK技術的關鍵是初始調整模糊度的快速解算、數(shù)據(jù)鏈的優(yōu)質完成 ——實現(xiàn)高波特率數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃院蛷姼蓴_性。 2 RTK正常工作的基本條件 基準站和移動站同時接收到 5顆以上 GPS衛(wèi)星信號。 基準站和移動站同時接收到衛(wèi)星信號和基準站發(fā)出的差分信號。 基準站和移動站要連續(xù)接收 GPS衛(wèi)星信號和基準站發(fā)出的差分信號。即移動站遷站的過程中不能關機 ，不能失鎖，否則 RTK需重新初始化。 3 RTK的精度 RTK技術采用求差法降低了載波相位的測量改正后的殘余誤差及接收機鐘差和衛(wèi)星改正后的殘余誤差等因素的影響，使測量精度達到厘米級，一般系統(tǒng)標稱精度為 1CM+2PPM。 工程實踐和研究均證明 RTK能達到厘米級精度。 RTK的平面精度：通過對 Ashtech Z—12的研究表明：（ 1）數(shù)據(jù)鏈信號接受半徑超過 15KM，但RTK測量結果只在 4KM的范圍內保持了較高精度（用全站儀檢查其中誤差在 2CM以內）， 4KM以外的測量結果精度明顯降低。（ 2）接收到的衛(wèi)星 數(shù)目越少測量結果標準差越大，但只要能接收到 5顆以上衛(wèi)星，得出的固定解就能達到儀器標稱精度。 RTK的測高精度：為檢驗 Ashtech Z—12的測高精度（標稱精度為垂直 30MM+2PPM），通過對 462個點的觀測誤差分析，得出： （ 1） 程觀測平均值為 ，標準差 8MM。最大值 ，最小值 ，有 98%的數(shù)據(jù)中誤差小于 30MM。即 RTK的固定解能達到儀器標稱精度。 （ 2） 當 VDOP2時，觀測結果最優(yōu)，當 VDOP4時，標準差明顯增大，但仍優(yōu)于標稱精度，可見衛(wèi)星分布對高程精 度有影響，但影響結果不大。 （ 3） 當接收衛(wèi)星數(shù)目超過 6顆時，標準差變化不顯著，當接收衛(wèi)星數(shù)目為 5顆時，標準差明顯增大，但仍優(yōu)于標稱精度。 （ 4） 可見，只要接收衛(wèi)星數(shù)目超過 6顆， VDOP4，能得出固定解，這時 RTK就能達到測高標稱精度。 4 RTK數(shù)據(jù)的傳輸特性及 RTK使用的范圍 要使 RTK連續(xù)快速地獲得固定解，就必須使 RTK移動站連續(xù)、可靠、快速地接收到基準站發(fā)來的數(shù)據(jù)鏈信號，數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)母呖煽啃院蛷娍垢蓴_性主要受地形地勢的影響。目前， RTK系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸多采用超高頻（ UHF）、特高頻（ VHF）和高 頻（ HF）播發(fā)差分信號，這三種頻率的特點如表所示。 表 1 三種頻率信號的特點 頻段 比較 UHF VHF HF 傳播方式 直線傳播 直線傳播 電離層反射 傳播距離（ KM） 0—50 50—100 100 繞射性能 很小 很小 大 盲區(qū) 無 無 有 噪聲 很小 很小 大 投資比 1 1 50 采用 30W電臺數(shù)據(jù)鏈的傳輸距離比較： 目前，在國際測繪領域的 RTK應用中，無論單頻和雙頻 RTK系統(tǒng)，都采用 UHF電臺播發(fā)差分信號。UHF是超短波，若基準站的發(fā)射天線和流動站的接收天線均沒有足 夠的高度，超短波沿地球表面繞射傳播，這樣電磁波在傳播過程中不斷被地面吸收而迅速衰弱，嚴重的限制了 RTK的有效工作半徑；若基準站的發(fā)射天線和流動站的接收天線均有一定的高度且在直視距離內，超短波將以直線波和地面反射波組成的相干傳播方式傳播，使 RTK的有效工作半徑大大增強，一般可達 15KM，最大可達40多 KM，但是，如果基準站的發(fā)射天線和流動站的接收天線由于障礙物阻隔不在直視距離內時，情況較為復雜。在城鎮(zhèn)的密樓區(qū)，基準站的發(fā)射天線和流動站的天線在不能直接通視時主要靠反射波取得改正數(shù)據(jù)，這樣， RTK的有效作業(yè)半徑就 會很小，有時只有幾百米。在野外，障礙物是樹木等電磁波可以有效穿透的物體時，數(shù)據(jù)鏈可以有效的傳輸；如果障礙物是較低的山體，流動站的接收天線可能接收到從障礙山體繞射過來的電磁波和從旁邊較高山體反射過來的電磁波，這樣 RTK能夠正常工作，實驗表明有時障礙山體后面的電磁波場強由于多路信號迭加而增強；如果障礙物是很高的山體，電磁波的繞射和反射性能不發(fā)揮作用，則 RTK不能正常工作。因此，為了接收到基準站播發(fā)的差分信號要求基準站和移動站的天線必須滿足 ―電磁波通視 ‖——即電磁波能從基準站通過直射、繞射和反射等 傳播方式有效地到達移動站，這樣在平坦地區(qū)的幾公里范圍內，一般都能順利進行RTK測量。但在其他地區(qū)如果數(shù)據(jù)鏈不能正常傳輸（即使同時接收到 5顆以上有效衛(wèi)星），則也難以成功實施 RTK測量。在這種條件下，進行 RTK測量時，可采取以下解決辦法： （ 1）把 RTK的基準站布設在 RTK有效測區(qū)中央最高的控制點。 （ 2）使用高增益天線及高靈敏度接收機。 （ 3）提高基準站和流動站天線的架設高度。 （ 4）縮短各點到基準站的距離，使其能滿足 ―電磁波通視 ‖，在地形、地物遮擋時， 另增設中繼站。 但是，這些措施在外業(yè)時將增加很多困難， 因此，采用 RTK技術要求 CM級定位精度時，一般都限定移動站至基準站的距離為幾公里。 5 RTK的誤差特性及控制方法 RTK定位的誤差，一般分兩類 （ 1） 同儀器和干擾有關的誤差：包括天線相位中心變化、多路徑誤差、信號干擾和氣象因素等。 （ 2）同距離有關的誤差：包括軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差等。 對基準站而言，同儀器和干擾有關的誤差可通過各種矯正方法予以消弱，同距離有關的誤差將隨移動站至基準站的距離的增加而加大，所以 RTK的有效作業(yè)半徑是非常有限的（一般為幾公里）。 同儀器和干擾有關的誤 差 （ 1） 天線相位中心變化：天線的機械中心和電子相位中心一般不重合。而且電子相位中心是變化的，它取決于接收信號的頻率、方位角和高度角。天線相位中心的變化，可使點位坐標的誤差一般達到 3—5CM。因此，若要提高 RTK定位精度，必須進行天線檢驗校正，檢驗方法分為實驗室的絕對檢驗法和野外檢驗法。 （ 2） 多路徑誤差：多路徑誤差是 RTK定位測量中最嚴重的誤差。多路徑誤差取決于天線周圍的環(huán)境。多路徑誤差一般為幾 CM，高反射環(huán)境下可超過 10CM。多路徑誤差可通過下列措施予以消弱： A、 選擇地形開闊、不具反射面的點位。 B、 采用扼流圈天線。 C、 采用具有消弱多路徑誤差的各種技術天線。 D、 基準站附近輔設吸收電波的材料。 （ 3） 信號干擾：信號干擾可能有多種原因，如無線電發(fā)射源、雷達裝置、高壓線等，干擾的強度取決于頻率、發(fā)射臺功率和至干擾源的距離。為了消弱電磁波輻射副作用，必須在選點時遠離這些干擾源，離無線電發(fā)射臺應超過 200米，離高壓線應超過 50米。在基準站消弱天線電噪聲最有效的方法是連續(xù)監(jiān)測所有可見衛(wèi)星的周跳和信噪比。 （ 4） 氣象因素：快速運動的氣象鋒面，可能導致觀測坐標的變化達到 1—2DM。因此，在天氣急劇變 化時不適宜進行 RTK測量。 同距離有關的誤差 同距離有關的誤差的主要部分可通過多基準站技術消除。但是，其殘余部分也隨著至基準站距離的增加而加大。 （ 1） 軌道誤差：目前，軌道誤差只有幾米，其殘余的相對誤差影響約為 1PPM，就短基線（ 10KM）而言，對結果影響可以忽略不計。但是，對 20—30KM的基線則可達到幾厘米。 （ 2） 電離層誤差：電離層引起電磁波傳播延遲從而產(chǎn)生誤差，其延遲強度與電離層的電子密度密切相關，電離層的電子密度隨太陽黑子活動狀況、地理位置、季節(jié)變化、晝夜不同而變化，白天為夜間的 5倍 ，冬季為夏季的 5倍，太陽黑子最強時為最弱時的 4倍。利用下列方法使電離層的誤差得到有效的消除和消弱： A、 利用雙頻接收機將 L1和 L2的觀測值進行線形組來消除電離層的影響。 B、 利用兩個以上觀測站同步觀測量求差（短基線）。 C、 利用電離層模型加以改正。 實際上 RTK技術一般都考慮了上述因素和方法。但在太陽黑子爆發(fā)期間，不但 RTK測量無法進行，即使靜態(tài) GPS測量也會受到嚴重影響，太陽黑子平靜期，小于 5PPM。 （ 3） 對流層誤差：對流層誤差同點間距離和點間高差密切相關，一般可打 3PPM。為了保證 RTK CM級精度，要對測站有關誤差一起模擬。 目前，常用的單、雙頻 RTK 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈電臺多為美國 PCC公司 35W（基準站）和 2W（移動站）電臺。實驗表明，當兩上頂之間能通視，距離為 40KM時，也可以收到差分信號。但是，移動站在城鎮(zhèn)區(qū)作業(yè)時，如兩點之間有房屋遮擋，即使相距 1KM也很難接收到差分信號。因此，國際上將 RTK技術通常只用于幾公里范圍內、兩點之間能電磁波 ―通視 ‖的坐標測量。 6 RTK技術的測量速度 RTK技術的測量速度主要由初始化所須時間決定，初始化所須時間又有 RTK技術差別（各種的快速解算技術）、接收衛(wèi)星 的數(shù)量和質量、 RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸質量等因素決定，快速解算技術越先進，在一定高度角下接收到的衛(wèi)星數(shù)量越多、質量越好， RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸質量越高，初始化時間就所需時間越短。在良好的環(huán)境條件下， RTK初始化所需時間一般為幾十秒；不良環(huán)境條件下（尚滿足 RTK基本工作條件），技術先進的 RTK也需要幾分鐘到幾十分鐘，其它機型 RTK需要幾時分鐘甚至不能測量。如美國 Ashtech生產(chǎn)的 Z—X雙頻 RTK在良好的環(huán)境條件下初始化需時間為 2—10S，在不良環(huán)境條件下，仍能較順利地進行 RTK測量，主要是這種機型擁有先進的 Z—跟蹤專利技 術、快速 RTK（INSTANT—RTK）技術和多路徑消減專利技術，實驗表明，即使測區(qū)內有一部分地方環(huán)境惡劣，其觀測值點位中誤差仍在 177。 7 RTK測量成果的質量控制 研究表明， RTK確定整周模糊度的可靠行最高為 95%， RTK比靜態(tài) GPS還多出一些誤差因素（如數(shù)據(jù)鏈傳輸錯誤等）。因此，和 GPS靜態(tài)測量相比， RTK測量更容易出錯，必須進行質量控制。質量控制的方法主要有： （ 1） 以知點檢核比較法。即在布測控制網(wǎng)時用靜態(tài) DPS或全站儀多測出一些控制點，然后用 RTK測出這些控制點的坐標進行比較檢核，發(fā) 現(xiàn)問題采用措施改正。 （ 2） 重測比較法。每次初始化成功后，先重測 1—2個已測過的或 控制點，確認無誤后才進行 RTK測量。 （ 3） 電臺變頻實時檢測法。在測區(qū)內建立兩個以上基準站，每個基準站采用不同的頻率發(fā)送改正數(shù)據(jù)，流動站用變頻開關有選擇性地分別接收每個基準站繁榮改正數(shù)據(jù)從而得到兩個以上解算結果，比較這些結果就可判斷其質量高低。 以上方法中，最可靠的是已知點檢核比較法，但控制點的數(shù)量總是有限的，所以沒有控制點的地方需要用重測比較法來檢驗測量結果，電臺變頻實時檢測法的實時性好，但它需要具備一定的儀器條件。 8 GPS RTK技技術優(yōu)點 作業(yè)效率高。在一般的地形地勢下，高質量的 RTK設站一次即可測完 4KM半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的 ―搬站 ‖次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即可到一點坐標，作業(yè)速度快，勞動強度低，節(jié)聲了外業(yè)費用，提高了勞動效率。 定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。只要滿足 RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內（一般為 4KM）， RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。如 Ashtech的 Z—X RTK的精度可優(yōu)于 。 降低了作業(yè)條件要求。 RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足 ―電磁波通視 ‖，因此，和傳統(tǒng)測量相比， RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測量看來由于地形復雜、地面障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足 RTK的基本條件，它也能輕松地進行快速的高精度定位作業(yè)，使測量工