RTK+GPS提高定位精度原理解析

RTK+GPS提高定位精度原理解析（一个小白写给另一个小白系列）

• • • • GPS定位原理回顾
      • RTK基本概念
      • RTK组成
      • RTK传输差分示意
      • RTK数据链接
      • 坐标转换
      • RTK应用
      • 后记

我们在上一篇文章导航定位系统的原理解析（一个小白写给另一个小白）中跟大家介绍了GPS定位的基本原理，但是实际情况是，GPS单独使用的精度非常低，因此需要配合其他的辅助技术提高定位精度，今天我们将为大家介绍其中最重要也是最常见的辅助技术RTK定位的基本原理。
为了方便小白玩家的理解，本文尽量以图文结合的形式、不带公式的跟大家做一个关于RTK的介绍。

上图为本文的行文逻辑，首先简要回顾我的上一篇文章《GPS定位原理》，然后引入这篇文章的主角—RTK。对于RTK主要介绍六大块：

l 基本概念
l RTK组成
l 传输差分
l RTK数据链
l 坐标转换
l RTK应用

GPS定位原理回顾

利用GPS进行定位的基本原理就是四颗卫星定位地面一个标的物的三维坐标。标的物的三维空间信息为（X,Y,Z），空间位置信息包含三个未知变量，为什么需要四颗卫星进行定位？这是由于定位用到的距离是由信号传播速度乘以传播时间得到的，这里面传播速度是确定的值，而传播时间由于接收机与卫星之间信号无法做到绝对统一，因此是未知的。这就是说，实际上标的物的信息应该是四维信息（X,Y,Z,t）,因此需要四颗卫星进行定位。同时由于信号传输过程中会经过电离层、对流层，导致信号的传播路径并非遵循两点之间直线最近的原则，因此又会产生对流层和电离层误差。这就导致仅仅利用GPS的四颗定位卫星无法准确的获得标的物的位置信息（误差通常在10米这个量级）。

10米级别的误差显然无法满足现代社会的定位需求，那么有没有一种办法可以减小这种定位误差呢？显然是有的，这就是接下来要介绍的RTK技术。

RTK基本概念

RTK定位技术是一种基于高精度载波相位观测值的实时动态差分定位技术，基准站首先将自己获得的载波相位观测值及站点坐标，通过数据通信链实时发送给周围工作的动态用户。流动站数据处理模块使用动态差分定位的方法确定流动站相对基准站的坐标，然后根据基准站的坐标反算自身的瞬时坐标。

RTK组成

RTK传输差分示意

RTK的组成包括基准站和流动站。其中基准站顾名思义就是建立在某个地方之后不再移动的站点，而流动站则是随待测点不断移动的站点。所谓差分实时动态定位技术的原理就是依据基准站和流动站之间的空间相关性建立。

为什么要采用差分原理呢？我们知道原有的GPS定位系统，接收器在接受卫星发射的信号时，由于各种原因（比如距离原因，电离层和对流层原因、时钟原因等）导致定位误差非常大，为了消除这种误差，我们首先在地面已知位置安装一个基准站，该基准站在接收到卫星信号后就会开始进行自我解算，将卫星传递的位置信号与自己的实际位置信息进行比较，找到传递过程的定位误差，然后通过技术手段将误差告之流动站，然后流动站在根据实时接收到的卫星信号，对误差进行修正，由此得到自身的精确位置。

很多人会说，流动站到基准站也有很远的距离，这样不会再次产生误差吗？实际上，GPS卫星分布在距离地面大约2万公里的高空，而地面站点之间距离为几公里到几十公里，这个距离相对星站到地面距离可以忽略不计。（如果你非要把流动站布置在中国，基站不知道米国，那就另当别论了）

RTK数据链接

坐标转换

利用RTK测定位置时，还有一个重要的步骤是进行坐标转换，这是有GPS定位系统采用的是WGS-84坐标系（其他定位系统采用的坐标系各有不同），但是在实际应用中，不同的用户基于定位精度、坐标保密、控制变形等各种原因往往会建立其他坐标系，这就涉及到了坐标转换的概念。不同的坐标系的转换流程如下：

当前坐标系转换的方法主要有三参数法、四参数法、七参数法及一步法。具体区别如下：

三参数法：

四参数（转换参数）高程拟合法

七参数法

这几种方法参考自《银川天之源测绘仪器有限公司2015年年终培训》

RTK应用

后记

以上即为RTK定位技术的基本原理，作者当前在做户外定位的课题，下次作者将就卫星定位系统产生误差的原因即消除误差的方式做一个介绍，如有不当之处、欢迎各路大神指正。