RTK steht für Real Time Kinematic (Echtzeit-Kinematik) und ist eine weitere Technik zur Verbesserung der Genauigkeit von GPS-Positionsmessungen - allerdings eine der am schwersten zu verstehenden und am intensivsten zu implementierenden.
Der Standard Positioning Service (SPS) ist die erste Positionsbestimmung, die GPS-Systeme erreichen, und sie tun dies mit dem C/A-Code. Wenn differentielle Korrekturen verfügbar sind, kann die SPS-Genauigkeit verbessert werden, da Timing-Verzögerungen bei den Satellitensignalen beseitigt werden können. Die Verwendung einer DGPS-Positionsgenauigkeit von etwa 40 cm ist ziemlich normal. RTK ist der nächste Schritt von DGPS, und es gibt zwei Versionen davon; RTK-Schwimmer, der eine Genauigkeit von Dezimetern erreicht, und RTK fixed, der eine Füllstandsgenauigkeit von Zentimetern 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.
Wie funktioniert RTK?
Auf unserer Seite "Was ist SPS" haben wir besprochen, wie SPS auf Pseudobereichsmessungen basiert, die mit dem C/A-Code berechnet werden. Der Empfänger synchronisiert dazu seine Uhr mit den GPS-Satelliten und generiert dann für jeden Satelliten, den er sehen kann, eine eigene Version des C/A-Codes. Wenn es seine eigene Kopie des C/A-Codes beispielsweise um sieben Millisekunden verzögern muss, um mit dem C/A-Code übereinzustimmen, der an der Antenne empfangen wird, dann weiß es, dass die Laufzeit des Signals von diesem Satelliten sieben Millisekunden beträgt, und es 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 fest vs. RTK beweglich
RTK Fixed und RTK Float können als zwei getrennte (aber verwandte) Algorithmen betrachtet werden, die gleichzeitig in einem System laufen. Wenn RTK Fixed eine gültige Lösung hat, schaltet das System auf diesen Algorithmus um (der RTK Float-Algorithmus läuft jedoch im Hintergrund weiter). Wenn RTK Fixed anschließend ungültig wird, kehrt das System zu RTK Float zurück, das nicht neu gestartet werden muss, solange die Trägerphasenverriegelung nicht verloren geht.
Wie unterscheiden sich die Algorithmen? RTK Float zielt darauf ab, Ihren wahrscheinlichen Standort (Verbesserung der aktuellen DGPS-Genauigkeit) mithilfestatistischer Methoden zu identifizieren. Es erfordert mindestens vier gemeinsame Satelliten mit der Basisstation und sucht (laienhaft ausgedrückt) nach einem Punkt im Kreis um die aktuelle Positionsmessung, um den sich die Satelliten drehen. Im Gegensatz zu RTK Fixed versucht der Float-Algorithmus nie, das Mehrdeutigkeitsproblem zu lösen – er versucht nur, 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 Fixed hingegen zielt darauf ab, das Mehrdeutigkeitsproblem zu lösen, und wird erst dann eingesetzt, wenn es dies geschafft hat. Es benötigt fünf gängige Satelliten, und wenn eine gültige Lösung gefunden wird, weiß das System, dass es n Trägerwellen plus eine Teilwelle zwischen ihm und dem Satelliten gibt. Es kann seine Messungen auf etwa 0,6 % der 19-cm-Wellenlänge abgleichen. Wenn mehrere Messungen zu einer Navigationslösung kombiniert werden, kann dies eine Genauigkeit von etwa 1 cm ergeben.
Jetzt sind wir an dem Punkt in unserem 'Was ist GNSS?', in der wir erörtert haben, dass GNSS-Systeme im Allgemeinen einfach zu bedienen sind, nicht driften und eine hohe Genauigkeit erreichen können. Aber nichts im Leben ist perfekt, nicht wahr? Was ist also der Nachteil? Was verbessert die Genauigkeit am meisten, und was sind die Grenzen von GNSS?
GPS vs. RTK-GPS
Der Unterschied zwischen GPS und RTK GPS ist einfach zu verstehen. Herkömmliche GPS-Systeme verwenden allein Daten von Satelliten, um eine Position zu berechnen. RTK-GPS-Systeme ergänzen jedoch Standard-GPS-Daten mit zusätzlichen Informationen von einer nahe gelegenen Basisstation.
Die Verwendung eines RTK-GPS-Systems kann die Genauigkeit auf Zentimeter genau verbessern, was für Anwendungen wie ADAS-Tests, Kartierung und Autonomie erforderlich ist.
RTK-FAQs
Wie genau ist RTK?
Im Laufe der Jahre hat sich mit der Verbesserung der GNSS/INS-Technologie auch die RTK-Genauigkeit verbessert. Unter günstigen Bedingungen können Kunden, die eine OxTS GNSS-gestütztes Trägheitsnavigationssystem wie das RT3000 v4 kann eine RTK-Genauigkeit von 1 cm erwarten, wodurch die Messungen für Anwendungen wie Automobiltests, Kartierung und autonome Fahrzeugnavigation geeignet sind. In Fällen, in denen GNSS nicht verfügbar ist, z. B. in einer städtischen Schlucht oder in Innenräumen, kann zusätzliche Sensortechnologie eingesetzt werden, um die Positionsdrift einzuschränken und die Genauigkeit so lange wie möglich beizubehalten.
Was ist der Unterschied zwischen RTK und PPK bei GPS-Messungen?
Auf den ersten Blick ist der Unterschied zwischen RTK und PPK recht einfach. Wie bereits in diesem Blog erwähnt, steht RTK für Real Time Kinematic. Es ist der Prozess, mit dem Positionsdaten korrigiert werden, und wie der Name schon sagt, findet dieser Prozess in Echtzeit statt. Der Unterschied zu PPK (Post-Processed Kinematic) besteht darin, dass die Daten zwar immer noch korrigiert werden, dies aber nach der Datenerfassung geschieht.
PPK kann genauer sein als RTK, aber es gibt vielleicht Fälle, in denen es sinnvoller ist, die Daten in Echtzeit zu korrigieren, z. B. bei der autonomen Navigation.
Was ist RTK für Drohnen?
Jedes Projekt, bei dem ein Objekt autonom navigieren oder dem Benutzer genaue, sofortige Positionsaktualisierungen liefern soll, benötigt RTK-Daten. Unabhängig davon, ob es sich bei dem Objekt um ein Auto, ein Boot oder eine Drohne handelt, sind die wichtigsten Faktoren, die es zu berücksichtigen gilt, die Anforderungen Ihres Projekts. Fragen Sie sich, welchen Genauigkeitsgrad Sie benötigen und welche Auswirkungen dies auf Ihre Projektziele haben wird. Viele Drohnen sind mit RTK-Positionierungstechnologie ausgestattet, die jedoch im Allgemeinen teurer ist als Drohnen mit Standard-GPS-Positionierungssensoren. Eine Möglichkeit, die Kosten zu senken, besteht darin, eine eigene Nutzlast mit den entsprechenden Onboard-Sensoren zu bauen. Dies kann zwar einige Zeit in Anspruch nehmen, bietet dem Nutzer aber zusätzliche Flexibilität bei der Wahl der richtigen Sensorkombination für die jeweilige Aufgabe.
OxTS GNSS/INS-Geräte wie das xRED3000bieten Drohnen-Integratoren RTK-Positionsgenauigkeit in Form einer OEM-Platine, die sich leicht integrieren lässt.
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Wir entwickeln seit über 25 Jahren hochpräzise GNSS/INS-Lösungen.
Unsere Lösungen werden weltweit in einer Reihe von Branchen eingesetzt, um Ingenieure mit genauen Positions-, Navigations- und Zeitinformationen zu versorgen, sowohl unter freiem Himmel als auch in Umgebungen, in denen kein GNSS verfügbar ist.
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