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Was ist RTK?

Industrie-Artikel 13. Oktober 2020

RTK steht für Real-Time Kinematic und ist eine weitere Technik, die die Genauigkeit von GPS-Positionsmessungen verbessert - sie ist jedoch eine der am schwersten zu verstehenden und am intensivsten zu implementierenden Techniken.

Standard-Positionierungsdienst (SPS) ist die erste Positionsbestimmung, die GPS-Systeme erreichen, und sie tun dies mit Hilfe der C/A-Code. Wenn Differential-Korrekturen verfügbar sind, kann die SPS-Genauigkeit verbessert werden, da Zeitverzögerungen bei den Satellitensignalen beseitigt werden können. Verwendung von DPGS Eine Positionsgenauigkeit von etwa 40 cm ist ziemlich normal. RTK ist der nächste Schritt nach DGPS, und es gibt zwei Versionen davon; RTK-Schwimmer, der eine Genauigkeit im Dezimeterbereich und RTK-Integer, der eine Genauigkeit im Zentimeterbereich erreicht.

Um zu verstehen, wie beide Versionen funktionieren, muss man zwei Dinge verstehen:

  • Die erste ist, dass RTK die Regeln dessen, was wir mit einem zivilen GPS-Empfänger erreichen können sollten, verbiegt. Es handelt sich nicht um eine Technologie, die in das System eingebaut wurde, um uns zu helfen. Es ist vielmehr eine Methode, die von den GPS-Herstellern entwickelt wurde, um eine größere Genauigkeit zu erreichen, als mit dem C/A-Code beabsichtigt war.
  • Die zweite Sache, die es zu verstehen gilt, ist, dass sie auf den Trägerwellen selbst basiert und nicht auf dem C/A-Code oder der Navigationsnachricht, die sie transportieren.

RTK-Echtzeit-Kinematik

 

Wie funktioniert es also?

Auf unserer Seite 'Was ist SPS ' haben wir erörtert, wie SPS auf Pseudo-Entfernungsmessungen basiert, die mit Hilfe des C/A-Codes berechnet werden. Der Empfänger tut dies, indem er seinen Takt mit dem C/A-Code synchronisiert. GPS-Satellitenund erzeugt dann seine eigene Version des C/A-Codes für jeden Satelliten, den er sehen kann. Wenn er seine eigene Kopie des C/A-Codes um, sagen wir, sieben Millisekunden verzögern muss, um mit dem an der Antenne empfangenen C/A-Code übereinzustimmen, dann weiß er, dass die Laufzeit des Signals von diesem Satelliten sieben Millisekunden beträgt, und er kann dann berechnen, wie weit der Satellit entfernt ist.

Das letztendliche Ziel von RTK ist es, festzustellen, wie viele Trägerwellen zwischen der Antenne und dem Satelliten vorhanden sind. Der Grund dafür ist einfach. Jeder Satellit sendet einen einzigartigen C/A-Code, der aus 1.023 Bits besteht. Der Code wird mit einer Rate von 1,023 Mb/s gesendet, was bedeutet, dass etwa jede Mikrosekunde ein Bit gesendet wird. In einer Mikrosekunde legt das Funksignal des Satelliten eine Strecke von etwa 300 Metern zurück.

Die Trägerwelle, auf die der C/A-Code aufmoduliert wird, liegt auf einer viel höheren Frequenz, jedoch bei 1575,42 MHz. Das bedeutet, dass eine einzelne Welle etwa 19 cm abdeckt. Wenn wir herausfinden könnten, wie viele Vollwellen sich zwischen dem Satelliten und der Antenne befinden, dann wäre es möglich, den Abstand viel genauer zu berechnen. Wenn wir sogar wissen, wie viele Vollwellen es gibt, und es möglich ist, auch Teilwellen (den Phasenwinkel) zu messen, dann können wir sehr genau sein.

RTK-Integer und RTK-Float können als zwei separate (aber verwandte) Algorithmen betrachtet werden, die gleichzeitig in einem System laufen. Wenn RTK-Integer eine gültige Lösung hat, schaltet das System auf diese um (der RTK-Float-Algorithmus läuft jedoch im Hintergrund weiter). Wenn RTK-Integer anschließend ungültig wird, kehrt das System zu RTK-Float zurück, das nicht erneut gestartet werden muss, solange die Trägerphasensperre nicht verloren geht.

Wie unterscheiden sich also die Algorithmen? RTK-Float zielt darauf ab, Ihren wahrscheinlichen Standort zu identifizieren (Verbesserung der aktuellen DGPS-Genauigkeit), indem statistische Methoden verwendet werden. Es erfordert mindestens vier gemeinsame Satelliten mit der Basisstation und sucht (in Lagen) nach einem Punkt in einem Kreis um die aktuelle Positionsmessung, um den sich die Satelliten drehen. Im Gegensatz zu RTK Integer versucht der Float-Algorithmus nie, das Mehrdeutigkeitsproblem zu lösen - er versucht lediglich, die wahrscheinlichste Position innerhalb eines Kreises zu identifizieren, der um die aktuelle Positionsschätzung gezogen wird. Die Genauigkeit für RTK-Float beginnt bei etwa 40 cm, steigt aber bestenfalls auf 20 cm an.

RTK-Integer hingegen zielt auf die Lösung des Mehrdeutigkeitsproblems ab und wird erst dann verwendet, wenn dies geschehen ist. Es erfordert fünf gängige Satelliten, und wenn eine gültige Lösung gefunden wird, weiß das System, dass es n Trägerwellen plus jede Teilwelle zwischen ihm und dem Satelliten gibt. Es kann seine Messungen auf etwa 0,6 % der Wellenlänge von 19 cm ausrichten, was eine Genauigkeit von etwa 1 cm ergibt.

Jetzt haben wir den Punkt in unserer 'Was ist GNSS?Serie, in der wir erörtert haben, wie GNSS-Systeme im Allgemeinen einfach zu verwenden sind, nicht driften und ein hohes Maß an Genauigkeit erreichen können. Aber nichts im Leben ist perfekt, oder? Was ist also die Kehrseite der Medaille? Was die Genauigkeit am meisten verbessert, und Was sind die Grenzen von GNSS??

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