网络RTK技术

    随着卫星定位技术的快速发展，人们对快速高精度位置信息的需求也日益强烈。而目前使用的高精度定位技术就是RTK(实时动态定位：Real-Time Kinematic)，RTK技术的关键在于使用了GPS的载波相位观测量，并利用了参考站和移动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差，从而实现高精度(分米甚至厘米级)的定位。
    RTK技术在应用中遇到的zui大问题就是参考站校正数据的有效作用距离。GPS误差的空间相关性随参考站和移动站距离的增加而逐渐失去线性，因此在较长距离下(单频>10km，双频>30km)，经过差分处理后的用户数据仍然含有很大的观测误差，从而导致定位精度的降低和无法解算载波相位的整周模糊。所以，为了保证得到满意的定位精度，传统的单机RTK的作业距离都非常有限。
    为了克服传统RTK技术的缺陷，在20世纪90年代中期，人们提出了网络RTK技术。在网络RTK技术中，线性衰减的单点GPS误差模型被区域型的GPS网络误差模型所取代，即用多个参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型，并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。而用户收到的也不是某个实际参考站的观测数据，而是一个虚拟参考站的数据，和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据，因此网络RTK技术又被称为虚拟参考站技术(Virtual Reference)，参见图1。

图1：网络RTK概念

   图2给出一个具有同样定位精度的单机单频RTK系统和网络RTK系统的覆盖对比。为了有效覆盖200km×200km的区域，单机RTK系统需要建设25个参考站，而网络RTK系统只需要建设4个参考站。因此为了达到同样的覆盖效果(精度和范围)，单机RTK需要的参考站建设成本远远高于网络RTK。

图2：不同RTK方式下，参考站数量对比

    除了建设成本以外，在系统的可靠性方面，网络RTK也远远优于单机RTK系统。因为单机RTK系统的可靠性取决于单个参考站，一旦该参考站出现问题，其覆盖的区域就会成为服务盲区，甚至是错误服务区。而在网络RTK方式，系统的可靠性不是由单个站而是由整个GPS参考站网络来维护的，因此单个参考站即使出现问题也很容易被发现，不会导致数据被错误使用；而要提高系统的容错性，保持网络的有效覆盖也只需要在网络中增加很少的备用参考站，这在单机RTK系统中代价将是十分高昂的。
   网络RTK的高性能源于功能强大，但计算和处理过程十分复杂的网络RTK软件。它包括两个主要的软件模块：NetAR^TM和NetAdjust^TM。
    NetAR^TM的功能是用于参考站数据的预处理和网络完好性监测。所有参考站的原始观测数据经NetAR^TM处理后，载波相位的模糊度被解算出来，各类GPS误差也被从观测数据中分离出来。GPS误差的分布情况可以有效地表明各个参考站的工作状态是否正常。在预处理的基础上，NetAjust^TM软件包采用由点及面的方法估计出GPS误差在整个网络中的空间分布，有效的覆盖范围，并形成网格校正数据用于向用户广播。在工作过程中，GPS的网络误差模型在不断地进行动态调整以适应误差本身的时变性，以及由于网络结构(如：参考站的增减)所产生的变化。
 
的结构

图3：RTK网络结构

    除了GPS参考站网络外，还包括一系列关键组成部分：
    ● 控制中心
    ● 从各参考站到控制中心的通信网络
    ● 控制中心和用户间的通信网络
    控制中心是的核心和计算中心，该单元运行网络RTK软件，处理参考站网络的数据，并形成校正数据网格。
    参考站到控制中心的通信网络则负责将参考站的数据实时地传输给控制中心，由于参考站的数据量大，位置固定，并有实时性要求，因此通常采用有线通信网络，一般可采用Internet。无线链路也可以采用，但应避免通信延迟过大。
    控制中心和用户间的通信网络是指如何将网络校正数据送给用户。一般来说，有两种工作方式：单向方式和双向方式。在单向方式下，只是用户从控制中心获得校正数据，而所有用户得到的数据应该是*的；在双向方式下，用户还需将自己的粗略位置(单点定位方式产生)报告给控制中心，由控制中心有针对性地产生校正数据并传给特定的用户，每个用户得到的数据则可能不同。以下是单向方式和双向方式的对比。

网络RTK的性能
精度(RMS)：
  实际参考站距离50～75公里
    2^[1]厘米水平定位精度
    4^[1]厘米垂直定位精度
  实际参考站距离75～150公里
    2～5^[1]厘米水平定位精度
    4～10^[1]厘米垂直定位精度
  ^[1]测量精度随GPS测量环境、大气条件和卫星可用性变化，以上参数为典型值。
  由网络RTK提供的定位精度在全网覆盖范围内是均匀的。
软件支持的网络配置：
   zui少3个GPS参考站，标准配置为6个GPS参考站，可以扩展到100个以上的参考站网络
   参考站至数据处理中心的通信链路和协议：TCP/IP(Internet)、RS－232C和拨号连接
控制中心至移动用户：
   单向：调频广播，RTK远端用户的数量可以无限；
   双向：GSM-CSD、GPRS，CDPD，RTK远端用户的数量<=50。
     控制中心计算机zui低配置
     ● 操作系统：Windows NT/98/2000，
     ● 处理器：Pentium II 1GHz，内存：>128MB，硬盘：>10GB
           ● 网络：Ethernet
软件系统支持网络扩容(GPS参考站数量增加，虚拟参考站增加)
软件系统具有网络完好性监测
用户端软件具有校正数据有效性识别功能(检查用户是否在网络RTK覆盖范围内)。

网络RTK的应用案例
    网络RTK软件在加拿大、挪威、日本、巴西和韩国都经过了广泛的测试和应用。其中尤以在日本的应用zui为典型。1999年，在东京地区建成了GPS 。该系统包括了六个参考站(Ashtech Z18接收机)、Asahi电视台的广播系统(日本邮电部用于广播DGPS和RTK校正信号的*系统)和相应的Internet网络。测试中每个站的距离约为50至100公里，电视台的广播距离为70公里。在极为恶劣的电离层测试条件下(>14ppm)，网络的定位精度达到了3厘米。现在该网络正在逐步扩大，很会将成为覆盖全日本的*GPSRTK网络。

图4：东京地区的RTK网络