【文章內(nèi)容簡介】 戶與基準(zhǔn)站之間的距離一般在 500km 以內(nèi)才 能獲得較好的精度。 3 廣域差分 廣域差分 GPS 的基本思想是對(duì) GPS 觀測(cè)量的誤差源加以區(qū)分，并單獨(dú)對(duì)每一種誤差源分別加以“模型化”，然后將計(jì)算出的每一誤差源的數(shù)值，通過數(shù)據(jù)鏈傳輸給用戶，以對(duì)用戶 GPS 定位的誤差加以改正，達(dá)到削弱這些誤差源，改善用戶 GPS 定位精度的目的。 11 167。 RTK 的定位原理 RTK 是根據(jù) GPS 的相對(duì)定位概念，將一臺(tái)接收機(jī)放在已知點(diǎn)上（稱為基準(zhǔn)站），另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)放在新點(diǎn)上（稱為移動(dòng)站），同步接收相同衛(wèi)星的信號(hào)。見圖32，將這些觀測(cè)值進(jìn)行差分，可消弱和消除軌道誤差、 鐘差、大氣誤差等的影響，實(shí)時(shí)定位精度能大大提高。 圖 RTK 定位原理 1 載波相位觀測(cè)量 載波相位觀測(cè)量是 GPS 接收機(jī)所接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本地參考信號(hào)的相位差。以 )(kjk t? 表示 k接收機(jī)鐘面時(shí)刻 tk時(shí)所接收到的 j衛(wèi)星載波信號(hào)的相位值，)(kk t? 表示 k 接收機(jī)在鐘面時(shí)刻 tk時(shí)所產(chǎn)生的本地參考信號(hào)的相位值，則 k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻 tk時(shí)觀測(cè) j 衛(wèi)星所取得的相位觀測(cè)量可寫成： )()()( kjkkkkJK ttt ?? ??? 通常的相位或相位差只是測(cè)出一周以內(nèi)的相位值。實(shí)際測(cè)量中，如果對(duì)整周進(jìn)行技術(shù)，則自某一初始取樣時(shí)刻（ t0）以后就可以取得連續(xù)的相位測(cè)量值。在初始 t0時(shí)刻，測(cè)得小于一周的相位差為 0?? ，其整周數(shù)為 jN0 ，此時(shí)包含整周數(shù)的相位觀測(cè)值應(yīng)為： )(0tjk? jN00 ??? ? jjkkjkjkNttNtt000000 )()( )()( ??? ??? ?? ?? 12 接收機(jī)繼續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，不斷測(cè)定小于一周的相位差 0?? ，并利用整波計(jì)數(shù)器記錄從 t0到 ti時(shí)間內(nèi)的整周數(shù)變化量 Int（ ? ），只要衛(wèi)星 Sj從 t0到 ti之間衛(wèi)星信號(hào)沒有中斷，則初始時(shí)刻整周模糊度 jN0 就為一常數(shù)，這樣，任意時(shí)刻 ti衛(wèi)星到 k 接收機(jī)的相位差為： )()()()( 00 ??? I n tNttt jijkikjk ????? 上式說 明，從第一次開始，在以后的觀測(cè)中，其觀測(cè)量包括了相位差的小數(shù)部分和累計(jì)的整周數(shù)。 2 載波相位的觀測(cè)方程 載波相位觀測(cè)量是接收機(jī)（天線）和衛(wèi)星位置的函數(shù)，只有得到了他們之間的函數(shù)，才能從觀測(cè)量中求解接收機(jī)（或衛(wèi)星）的位置。設(shè)在 GPS 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻 Tα （衛(wèi)星鐘面時(shí)刻 tα ）衛(wèi)星 Sj發(fā)射的載波信號(hào)相位 )(at? ，經(jīng)傳播延遲 ?? 后，在 GPS 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻 Tb（接收機(jī)鐘面時(shí)刻 tb）到達(dá)接收機(jī)。 根據(jù)電磁波傳播原理， Tb接收到的和 Ta發(fā)射時(shí)的相位不變， 即 )()( bjaj tt ?? ? ，而在 Tb，接收機(jī)本振產(chǎn)生的載波相位為 )(bt? ,在 Tb時(shí)，載波相位觀測(cè)量為： )()( ajb tt ?? ??? 考慮到衛(wèi)星鐘差和接收機(jī)鐘差有 Ta=ta+δ ta， Tb=tb+δ tb，則有 )()( aajbb tTtT ????? ?? 對(duì)于衛(wèi)星鐘鶴接收機(jī)鐘，其振蕩器頻率一般穩(wěn)定良好，所以其信號(hào)的相位與頻率的關(guān)系可表示為： tfttt ?????? )()( ?? 式中， f 為信號(hào)頻率，△ t為微小時(shí)間間隔。 ? 以 2? 為單位。 設(shè) fj為 j衛(wèi)星發(fā)射的載波頻率， fi為接收機(jī)本振產(chǎn)生的固定參考頻率，且 fi=fj=f，同時(shí)考慮到 ???? ab TT ，則有 ??? ???? fTT ajb )()( 傳播延遲 ?? 中考慮到電離層和對(duì)流層的影響 1?? 和 2?? ，則 13 )(1 21 ?????? ???? c 式中， c為電磁波傳播速度， ? 為衛(wèi)星至接收機(jī)之間的幾何距離。 3 載波相位差分（ RTK）原理 載波相位差分技術(shù)即 RTK 技術(shù)，其差分方法分為兩類：一類是修法，一類是差分法。所謂修正法，即將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給用于，改正用戶接收到的載波相 位，再求坐標(biāo)。所謂差分法即是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶，進(jìn)行求差解算。可見，修正法為準(zhǔn) RTK，差分法為真正 RTK。載波相位觀測(cè)量可得出相應(yīng)的方程式： ? ? ????? dZZYYXX NNNNR pjpjpj jjpjjpjjpj ???????? ?????? 2/1222 0000 )()()( )()( 式中， jpN0 表示用戶接收機(jī)起始相位模糊度， jN0 為基準(zhǔn)點(diǎn)接收機(jī)起始相位模糊度； jpN 為用戶接收機(jī)起始?xì)v元至觀測(cè)歷元相位整周數(shù)， jN 為基準(zhǔn)點(diǎn)接收機(jī)起始?xì)v元至觀測(cè)歷元相位整周數(shù)； jp? 為用戶接收機(jī)測(cè)量相位的小數(shù)部分， j0? 為基準(zhǔn)點(diǎn)接收機(jī)測(cè)量相位的小數(shù)部分； ?d? 為同一觀測(cè)歷元各項(xiàng)殘差，其他符號(hào)同前。 這里關(guān)鍵是求解起始相位模糊度。求解起始相位模糊度通常用以下幾種方法：刪除法、模糊度函數(shù)法、 FARA 法、消去法。 RTK 定位技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)的提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維 定位結(jié)果，并達(dá)到 cm 級(jí)精度。一般包括三個(gè)部分：①基準(zhǔn)站②流動(dòng)站③數(shù)據(jù)鏈?；鶞?zhǔn)站接受所有可視 GPS 衛(wèi)星信號(hào)，并將測(cè)站坐標(biāo)、載波相位觀測(cè)值、偽距觀測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送出去，流動(dòng)站接受戒在跟蹤 GPS 衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)接受來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，通過差分處理解求載波相位整周模糊度，得到基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的坐標(biāo)差值△ X、△ Y、△ Z。坐標(biāo)差值加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)就可以得到流動(dòng)站點(diǎn)的 WGS84 坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)換得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo) x、 y 和高程 h。其流程如圖 33。 14 圖 RTK 作業(yè)流程 GPS 信號(hào) 基準(zhǔn)站接收機(jī) 基準(zhǔn)站信息 電 臺(tái) 發(fā) 射 接 收 流動(dòng)站參數(shù) 流 動(dòng) 站 接 收 機(jī) 解 求 兩 站 間 實(shí) 時(shí) 基 線 GPS 信號(hào) 解求流動(dòng)站實(shí)時(shí)坐標(biāo)（ WGS84） 坐 標(biāo) 轉(zhuǎn) 換、高 程 擬 合 流 動(dòng) 站 三 維 坐 標(biāo) 用 戶 15 第四章 基于 RTK 技術(shù)的數(shù)字化成圖的原理與方法 167。 我們已經(jīng)提到過：常規(guī)的地形測(cè)繪方法通常是首先在測(cè)區(qū)內(nèi)布設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)，一般是在國家高等控制網(wǎng)點(diǎn)的基礎(chǔ)上加密次級(jí)控制點(diǎn)，然后依據(jù)加密控制點(diǎn)，布設(shè)圖根控制點(diǎn)，最后在控制點(diǎn)上安置儀器，用圖解法測(cè)繪地形圖。最后利用地形測(cè)繪軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)編輯成圖。這種方法要求在測(cè)站上測(cè)定各個(gè)地物地貌的碎部點(diǎn)，這些碎部點(diǎn)間必須與測(cè)站點(diǎn)通視，而且每個(gè)作業(yè)組一般要求 34 人操作，測(cè)站點(diǎn)控制的范圍受到局限。 而采用 RTK 測(cè)繪系統(tǒng)，使測(cè)繪地形圖不僅可以不再布設(shè)控制網(wǎng)，而且測(cè)圖速度快且精度高。它不需要點(diǎn)間通視，僅需要一人背著流動(dòng)站 GPS 接收機(jī)在待測(cè)的地物地貌碎部點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；并同時(shí)輸入地物編碼，通過控制器手簿，可以實(shí)施測(cè)定碎部點(diǎn)的三維坐標(biāo)。采集完碎部點(diǎn)后與專用的測(cè)繪軟件接口，下載數(shù)據(jù)，并通過軟件，對(duì)地形圖進(jìn)行編輯。 近幾年來，高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù) RTK 的發(fā)展， GPS 已經(jīng)能夠?qū)崟r(shí)地提供觀測(cè)站在任意坐標(biāo)系中的三維數(shù)據(jù)，且達(dá)到了厘米級(jí)的高精度，使其迅速成為快速采集數(shù)據(jù)與定位的高效工具。在 RTK 的作業(yè)模式下，參考 站通過數(shù)據(jù)鏈 — 調(diào)制解調(diào)器，將其觀測(cè)值及站點(diǎn)的坐標(biāo)信心用電磁信號(hào)一起發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站不僅接收來自參考站的數(shù)據(jù)，自身也要采集 GPS 衛(wèi)星信號(hào)觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，瞬時(shí)的給出精度為厘米級(jí)（相對(duì)與參考站）的流動(dòng)站電位坐標(biāo)。外業(yè)如圖 41 所示 圖 外業(yè)工作圖 流動(dòng)站可在一固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)行動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解，在整周模糊度解集固定下來 16 以后，即可進(jìn)行每一歷元的實(shí)時(shí)處 理。 RTK 作業(yè)模式使得三維實(shí)時(shí)動(dòng)數(shù)據(jù)處理、定位、輸出、成圖成為可能，還能縮短作業(yè)觀測(cè)時(shí)間，避免外業(yè)返工，保證成果質(zhì)量。另外， RTK 作業(yè)模式下，參考站無需專人操作，可以用來做局部地區(qū)高精度自動(dòng)化實(shí)時(shí)定位服務(wù)系統(tǒng)。 17 167。 （ RTK）定位系統(tǒng)的構(gòu)成 其主要由以下部分組成： 1衛(wèi)星信號(hào)接受系統(tǒng) 在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量系統(tǒng)中，應(yīng)至少包括兩臺(tái) GPS 接收即分別安置在基準(zhǔn)站和流動(dòng)站上。當(dāng)基準(zhǔn)站同時(shí)為多用戶服務(wù)的時(shí)候，應(yīng)采用雙頻 GPS 接收機(jī)。 2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 數(shù)據(jù)傳 輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)鏈），又基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)發(fā)射裝置與流動(dòng)站數(shù)據(jù)接收裝置組成，它是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵性設(shè)備。其穩(wěn)定性以來高頻數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的可靠性和抗干擾性。為了保證足夠的數(shù)據(jù)傳輸距離及信號(hào)強(qiáng)度，一般在基準(zhǔn)站還需要附加功率放大設(shè)備。 3 軟件解算系統(tǒng) 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量的軟件解算襲用對(duì)于保障實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果的精確性與可靠性具有決定性的作用。以載波相位為觀測(cè)量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量，其主要問題在于，載波相位初始整周未知數(shù)的精密確定，流動(dòng)觀測(cè)中對(duì)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，以及失鎖后的重新初始化問題。目前，由于快速解算和動(dòng)態(tài)解算整周未知數(shù)技術(shù) 的餓發(fā)展，為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的軟件系統(tǒng)，應(yīng)具有的基本功能是 ： ① 快速解算 /動(dòng)態(tài)快速解算整周未知數(shù) ② 根據(jù)相對(duì)定位原理，采用一定的數(shù)據(jù)處理方法（如序貫平差法）實(shí)時(shí)解算流動(dòng)站的 WGS84 的三維坐標(biāo)。 ③ 根據(jù)已知的地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)行應(yīng)用坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換 ④ 解算結(jié)果質(zhì)量與精度評(píng)定 ⑤ 測(cè)量結(jié)果的顯示與繪圖、放樣功能。 18 167。 野外數(shù)據(jù)采集即碎部點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量地物點(diǎn)坐標(biāo)。 碎部測(cè)量就是以控制點(diǎn)為基礎(chǔ)，測(cè)定地物、地貌的平面位置和高程，并將其繪制成地 形圖的測(cè)量工作。其實(shí)質(zhì)就是測(cè)繪地物和地貌碎部點(diǎn)的平面位置和高程。碎部測(cè)量工作包括兩個(gè)過程：一是測(cè)定碎部點(diǎn)的平面位置和高程，二是利用地圖符號(hào)在圖上繪制各種地物和地貌。 1 過去，測(cè)量時(shí)使用皮尺、剛尺拉距離，經(jīng)緯儀測(cè)量角度的方法進(jìn)行測(cè)量。后來紅外測(cè)距儀的出現(xiàn)，改變了我們的測(cè)距工作。但是這種方法的效率太低，因?yàn)樗麤]有真正意義的將距離測(cè)量與方向測(cè)量同時(shí)一起進(jìn)行，直到全站儀的出現(xiàn)，這一作業(yè)方式在得以改變。 全站儀（ TPS）是一種集激光、計(jì)算機(jī)、微電子通訊、精密機(jī)械加工等高精尖技術(shù)于一體的先進(jìn)測(cè)量儀器，他可以方便、高 效、可靠的完成多種測(cè)量工作，具有常規(guī)測(cè)量儀器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。由于全站儀是一種高度繼承的設(shè)備，可以同時(shí)完成距離和方向的測(cè)量工作，大大的提高了工作效率，節(jié)省了時(shí)間，并且可以實(shí)現(xiàn)從外業(yè)到內(nèi)業(yè)的自動(dòng)化數(shù)值處理，速度快。但是，全站儀也有其不足之處，其缺點(diǎn)是對(duì)于老城區(qū)、商業(yè)密集區(qū)、街坊內(nèi)部的隱蔽地，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，且效率低、成本高。它適用于規(guī)劃整齊、通視良好的大面積地區(qū)。 其主要步驟： (1) 測(cè)站的設(shè)置和檢核 測(cè)站的設(shè)置即安置儀器，包括對(duì)中、整平、定向，輸入測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)、高程和儀器高等。為確保設(shè)站正確，必須要選擇其 它已知點(diǎn)作檢核，不通過檢核不能繼續(xù)測(cè)量。 (2) 碎部點(diǎn)測(cè)量 2 地面數(shù)字測(cè)圖最常用的碎部測(cè)量方法是極坐標(biāo)法，分別觀測(cè)碎部點(diǎn)的方向值、垂直角、斜距、給出鏡高。用全站儀測(cè)量則可直接顯示碎部點(diǎn)坐標(biāo)，此時(shí)，用戶輸入點(diǎn)號(hào)和編碼后，數(shù)據(jù)可直接存儲(chǔ)在全站儀的 PC