一文看懂 RTK 定位：可辅助 GPS / 北斗全球导航卫星系统

　　说到定位，相信大家一定不会觉得陌生。如今我们所处的信息时代，人人都有手机。每天，我们都会用到与地图和导航有关的 App。

　　这些 App，就是基于定位技术的。

　　说到定位技术呢，大家又肯定会想到 GPS、北斗这些名词。是的，这些都属于全球导航卫星系统，也就是 GNSS（Global Navigation Satellite System）。

　　正是这些在太空中飞行的卫星，帮助我们的手机具备了定位能力，并为我们提供导航服务。

　　上面都是大家知道的。接下来，小枣君要给大家介绍一个可能比较陌生的概念。它也和卫星有关，是目前行业最常用的定位技术之一，为我们的工作和生活提供了很大的帮助。它就是 ——RTK。

　　究竟什么是 RTK？有了卫星，为什么还需要它？它有什么特点，又是如何工作的？

　　别急，且让小枣君一一道来。

　　█ 什么是 RTK

　　RTK，英文全名叫做 Real-time kinematic，也就是实时动态。这是一个简称，全称其实应该是 RTK（Real-time kinematic，实时动态）载波相位差分技术。（为了方便阅读，接下来，我还是会简写为 RTK。）

　　不要慌！这个技术虽然看上去很专业，但实际原理并不复杂。

　　RTK 是一个对 GNSS 进行辅助的技术。

　　为什么要对 GNSS 进行辅助？当然是因为 GNSS 自身存在不足啦！

　　大家都知道，GNSS 卫星之所以能够对地球上的终端（例如手机、汽车、轮船、飞机等）进行定位，依靠的是三维坐标系。

　　找至少 4 颗卫星，分别计算各个卫星与终端之间的距离 △ L（这个距离也被称为“伪距”），就可以列出 4 个方程组。

　　计算之后，就能得出终端的四个参数，分别是经度、纬度，高程（海拔高度）和时间。

　　通过单位时间的位置变化，还能算出终端的速度。三维坐标、速度、时间信息，我们通常称之为 PVT（Position Velocity and Time）。

　　仅靠卫星，我们可以得到 PVT。但是，注意了，卫星定位是存在误差的。

　　误差既来自系统的内部，也来自外部。例如卫星信号穿透电离层和对流层时产生的误差，还有卫星高速移动产生的多普勒效应引起的误差，以及多径效应误差、通道误差、卫星钟误差、星历误差、内部噪声误差，等等。

　　这些误差，有些可以完全消除，有些无法消除或只能部分消除。它们影响了系统的准确性和可靠性。

　　好啦，我们的主角终于要登场了。

　　为了更好地消除误差、提高定位精度，行业专家们研究出了一个更厉害的定位技术，那就是 RTK。

　　█ RTK 的工作原理

　　我们直接来看 RTK 的工作原理。

　　如上图所示，这是一个标准的传统 RTK 组网。（是不是超简单？）

　　其中，除了卫星之外，RTK 系统包括两个重要组成部分 —— 基准站和流动站。

　　两个站都带有卫星接收机，可以观测和接收卫星数据。顾名思义，基准站是提供参考基准的基站。而流动站，是可以不断移动的站。流动站其实就是要测量自身三维坐标的那个对象目标，也就是用户终端。

　　大家经常在户外看到一些扛着三脚架设备进行测量的人。其中一部分人，扛的可能就是 RTK 基准站或流动站。

　　我们来仔细看看定位过程。

　　首先，基准站作为测量基准，一般会固定放在开阔且视野良好的地方。基准站的三维坐标信息，一般是已知的。

　　第①步，基准站先观测和接收卫星数据。

　　第②步，基准站通过旁边的无线电台（数据链），将观测数据实时发送给流动站（距离一般不超过 20 公里）。

　　第③步，流动站收到基准站数据的同时，也观测和接收了卫星数据。

　　第④步，流动站在基准站数据和自身数据的基础上，根据相对定位原理，进行实时差分运算，从而解算出流动站的三维坐标及其精度，其定位精度可达 1cm~2cm。至此，测量完成。

　　如大家所见，RTK 技术具有观测站之间无需通视（无需在视线范围内）、定位精度高、操作简单、全天候作业等优点，是非常不错的定位技术。

　　█ 网络 RTK vs 传统 RTK

　　刚才我们所说的，是 RTK 的早期模型，我们称为传统 RTK 技术。

　　传统 RTK 技术实施简单，成本低廉。但是，它也存在一个很大的问题，那就是流动站和基准站之间存在距离限制。

　　距离越远，误差因素差异变大，定位精度就会下降。而且，距离远了，超过了无线电台的通信范围，也就无法工作了。

　　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，在一个较大的区域内，均匀分散设置多个基准站（3 个或以上），构成一个基准站网。

　　基准站网

　　那么，这种情况下，流动站需要和每个基准站进行对比和测算吗？

　　当然不会，那样太费事了。

　　网络 RTK 相比传统 RTK，其实是用区域型的 GNSS 网络误差模型取代了单点 GNSS 误差模型。

　　多个基准站组成的基准站网，它们将数据发给中央服务器。中央服务器会根据数据，模拟出一个“虚拟基准站”。（所以，网络 RTK 也被称为“虚拟基准站技术”或“虚拟参考站技术”。）

　　对于流动站来说，它只会“看到”这个“虚拟基准站”。基于这个“虚拟基准站”发来的数据，流动站完成最终的测量运算。

　　网络 RTK 的优势是非常明显的。

　　大家应该都看出来了，我们平时看到的移动通信基站，其实就可以兼职“基准站”。我们身边到处都是基站，也就意味着，网络 RTK 基本上实现了无缝覆盖。

　　流动站与中央服务器的通信，也可以通过流动站（终端）内置的无线通信模组来完成。这些高精度定位模组，集成了 RTK 技术，且本身也是移动通信模组，可以实现上述功能。

　　其次，对于用户来说，不需要自建基准站，节约了大量成本（只需要支付一些通讯费用）。

　　第三，精度和可靠性更高。毕竟基准站多了嘛，就算坏了一两个，也影响不大。

　　值得一提的是，网络 RTK 的模型中，网络的稳定性对定位精度影响极大。必须保证网络通信稳定，从而确保差分数据稳定下发，才能实现超高定位精度。

　　█ 结语

　　RTK 技术经过多年的积累，已经变得越来越成熟。它的高精度、高速度、高稳定性特点，使得其被测绘、无人机、车载、安防等领域广泛应用。

　　未来，RTK 技术将会向更远距离、更高精度、多频多模、更高稳定性的方向发展。让我们拭目以待！