關(guān)于RTK的工作原理和精度分析
一、實時載波相位差分
我們知道,GPS靜態(tài)測量的方法是各個接收機(jī)獨立觀測,然后用后處理軟件進(jìn)行差分解算。那么對于RTK測量來說,仍然是差分解算,只不過是實時的差分計算。
也就是說,兩臺接收機(jī)(一臺基準(zhǔn)站,一臺流動站)都在觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù),同時,基準(zhǔn)站通過其發(fā)射電臺把所接收的載波相位信號(或載波相位差分改正信號)發(fā)射出去;那么,流動站在接收衛(wèi)星信號的同時也通過其接收電臺接收基準(zhǔn)站的電臺信號;在這兩信號的基礎(chǔ)上,流動站上的固化軟件就可以實現(xiàn)差分計算,從而精確地定出基準(zhǔn)站與流動站的空間相對位置關(guān)系。在這一過程中,由于觀測條件、信號源等的影響會有誤差,對于我們Z-X接收機(jī)來說,此部分的儀器標(biāo)定誤差為平面1cm+1ppm,高程上由于受電離層以及對流層的影響較大,精度略遜。
二 、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
空間相對位置關(guān)系不是我們要的最終值;因此還有一步工作就是把空間相對位置關(guān)系納入我們需要的坐標(biāo)系中。也就是說,要通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換把GPS的觀測成果變成我們需要的坐標(biāo)。這個工作有多種模型可以實現(xiàn),我們的軟件采用的是平面與高程分開轉(zhuǎn)換,平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用先將GPS測得成果投影成平面坐標(biāo),再用已知控制點計算二維相似變換的四參數(shù),高程則采用平面擬合或二次曲面擬合模型,利用已知水準(zhǔn)點計算出該測區(qū)的待測點的高程異常,從而求出他們的高程。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也會帶來誤差,該項誤差主要取決于已知點的精度和已知點的分布情況。(如果需要公式請查閱相關(guān)的測量書籍)
從上可以看出,RTK的測量精度包括兩個部分,其一是GPS的測量誤差,其二是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換帶來的誤差。對于ASHTECH設(shè)備來說,這兩項誤差都能夠反映,前者在實時測量時可以從手簿上看得到(H RMS 和 V RMS),也會存在手簿上相應(yīng)的LOG文件中;對于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差來說,又可能有兩個誤差源,一是投影帶來的誤差,二是已知點誤差的傳遞。但ASHTECH的RTK控制軟件所采用的投影為抵償投影(中央子午線為基準(zhǔn)站所在點的經(jīng)度,投影面可選為測區(qū)平均高程面),所以,可以忽略投影誤差,只需考慮已知點誤差的影響。當(dāng)平面已知點為三個以上時,計算轉(zhuǎn)換四參數(shù)的同時會給出轉(zhuǎn)換參數(shù)的中誤差(北方向分量和東方向分量。值得注意的是,如果此時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)中誤差比較大(比如,大于5cm),而在采集點時實時顯示的測量誤差在標(biāo)稱精度范圍之內(nèi),則可以判定是已知點的問題,有可能已知點的精度不夠,也有可能已知點的分布不均勻。當(dāng)平面已知點只有兩個時,則只能滿足計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換四參數(shù)的必要條件,無多余條件,也就不能給出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度評定。
此時,可以從以下方面入手檢驗坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度,一是看轉(zhuǎn)換參數(shù)之一----尺度比ρ,該值理想值為1,如果發(fā)現(xiàn)ρ偏離1較多(比如: |ρ-1|≧1/40000,超出了工程精度),則在保證GPS測量精度滿足要求的情況下,可判定已知點有問題。
總結(jié)得以下兩點:
1、 RTK作業(yè)時,GPS的測量精度既實時顯示,又會存在LOG文件中,該值可以作為精度評定的部分,提交成果;
2、 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換會帶來誤差,有兩個誤差源,一是投影,二是已知點誤差。ASHTECH設(shè)備可以取消前者,后者則是無法避免的,但為了盡量減少之,應(yīng)作到以下:最好有三個以上平面坐標(biāo)已知點,而且點精度要均等,并要均勻分布于測區(qū)周圍。此外,要利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中誤差和尺度比兩種手段對轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度進(jìn)行評定。
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