RTK定位中常用概念解释

1. 概述：

在RTK定位过程中，载波相位观测值提供高精度测量基础，但需要解决整周模糊度问题。通过模糊度解算将浮点解转化为固定解，可以显著提高定位精度。周跳探测确保观测数据的连续性和可靠性，历元差分有助于消除系统误差。高程精度受多种因素影响，其中伪距多路径误差是重要误差源之一。多普勒观测值提供速度信息，与伪距、载波相位联合使用可提高整体定位性能。

1. 解释核心概念

基础观测值与误差

• 载波相位：接收机测量卫星载波信号与其内部参考信号之间的相位差。由于载波波长远小于伪随机码的波长（例如GPS L1载波波长约19厘米），因此这种测量如果能准确解算，精度可以达到毫米级，是实现RTK厘米级甚至更高精度的根本。
• 伪距多路径误差：这是指接收机除了接收到从卫星直接传播过来的信号外，还会接收到经周围建筑物、地面或其他物体反射后的信号。这些反射信号与直射信号叠加，会引起干扰，导致观测的距离产生误差。这种误差不能通过差分技术完全消除，是GPS短基线高精度测量中的一个主要误差源。减弱其影响的方法包括选择合适的测站环境（避开强反射面）、使用特殊设计的天线（如扼流圈天线），以及适当延长观测时间等。
• 多普勒精度：它描述了利用多普勒频移计算得到的径向速度值的准确程度。多普勒频移本身反映了卫星与接收机之间相对运动引起的信号频率变化。频率测量的方均根误差是衡量其精度的方式之一。

数据处理与模糊度解算

• 整周模糊度：可以理解为，在接收机开始跟踪卫星信号的那一刻，载波相位所包含的一个未知的整数周期计数。整个RTK高精度定位的过程，很大程度上就是设法准确确定这个整周模糊度的过程。
• 模糊度解算：确定整周模糊度正确整数值的过程通常分几步：先得到浮点解（不限制为整数），然后通过数学方法搜索固定解（正确的整数解）。LAMBDA算法是其中常用且高效的方法。
• 浮点解滤波：这是模糊度解算过程中的一个重要阶段。在未固定为整数之前，模糊度通常作为一个实数值状态参数，通过扩展卡尔曼滤波（EKF） 等滤波算法进行估计。这个估计得到的实数值解就是浮点解，它为后续搜索固定的整数解（固定解）提供初始搜索范围和质量评估基础。

周跳与历元

• 周跳探测：在卫星信号跟踪过程中，如果因为遮挡、干扰等原因导致信号暂时中断，接收机的整周计数器可能会发生整数周的跳变，但不足一周的小数部分通常仍能保持正确，这种现象就是周跳。周跳会导致后续所有历元的观测值都含有一个固定的整周偏差，严重影响定位精度。因此，必须进行周跳的探测和修复。常用的探测方法有高次差法、多项式拟合法、MW组合法、电离层残差法等。
• 历元：在GNSS定位中，它指的是一个特定的数据采集时刻，是观测数据的时间戳。接收机以固定的时间间隔（例如1秒）采集一组卫星观测数据，每一个时间点就是一个历元。许多数据处理和分析，比如周跳探测，都是在历元间或历元内进行的。
• 历元差分：这是一种数据处理技巧，通过计算同一卫星相邻两个历元之间载波相位观测值的差值来构成新的观测值。这种做法可以消除一些不随时间变化的误差，也常用于周跳的探测

1. 总结

RTK技术的核心目标是利用高精度的载波相位观测值。然而，载波相位观测值本身存在整周模糊度这一关键问题，需要通过模糊度解算（常涉及浮点解滤波）来解决。在观测过程中，容易发生周跳（可通过历元差分等方法探测），破坏观测值的连续性。同时，观测值还受到如伪距多路径误差等多种误差影响。所有这些数据处理，都是在一个个离散的历时时间点上进行的。