GPS/RTK

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的全面建成和發(fā)展，導(dǎo)致了導(dǎo)航和測(cè)繪行業(yè)的一場(chǎng)重大深刻的技術(shù)革命。常規(guī)的靜態(tài)GPS測(cè)量方法越來(lái)越多地應(yīng)用于高精度控制網(wǎng)的建立，但利用該方法無(wú)法在野外對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢核，從而造成觀測(cè)結(jié)果不合格而需要返工的情況，而利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)(Real—time kinematic，RTK)可以改變上述狀況。RTK技術(shù)采用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量和基線解算結(jié)果，能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量結(jié)果，從而提高工作效率。

RTK原理：RTK系統(tǒng)由1個(gè)基準(zhǔn)站、若干個(gè)流動(dòng)站及無(wú)線電通訊系統(tǒng)組成。基準(zhǔn)站包括GPS接收機(jī)、GPS天線、無(wú)線電通訊發(fā)射系統(tǒng)、供GPS接收機(jī)和無(wú)線電臺(tái)使用的電源及基準(zhǔn)站控制器等部分。流動(dòng)站包括GPS接收機(jī)、GPS天線、對(duì)中桿、無(wú)線電通訊接收系統(tǒng)、供GPS接收機(jī)和無(wú)線電使用的電源及流動(dòng)站控制器等部分。在RTK作業(yè)模式下，在已知高等級(jí)點(diǎn)上(基準(zhǔn)站)安置1臺(tái)接收機(jī)為參考站，對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)站信息通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備實(shí)時(shí)地發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)和采集衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線接收設(shè)備接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)鏈，并在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)采集和接收的2組數(shù)據(jù)進(jìn)行載波相位差分處理，實(shí)時(shí)解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其精度(即基準(zhǔn)站和流動(dòng)站坐標(biāo)差△X、△y、△H，加上基準(zhǔn)坐標(biāo)得到的每個(gè)點(diǎn)的wGS一84坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)X、y和海拔高H。因此，使用RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于根據(jù)GPS的載波相位觀測(cè)量，并利用基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間觀測(cè)誤差的空間相關(guān)性，通過(guò)差分的方式除去流動(dòng)站觀測(cè)數(shù)據(jù)中的大部分誤差，從而實(shí)現(xiàn)高精度(分米甚至厘米級(jí))定位[1]。

IMU

IMU（英文Inertial measurement unit，簡(jiǎn)稱(chēng) IMU），是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角及加速度的裝置。一般IMU包括三軸陀螺儀及三軸加速度計(jì)，某些9軸IMU還包括三軸磁力計(jì)。加速度計(jì)檢測(cè)物體在載體坐標(biāo)系統(tǒng)獨(dú)立三軸的加速度信號(hào)，而陀螺儀檢測(cè)載體相對(duì)于導(dǎo)航坐標(biāo)系的角速度信號(hào)，測(cè)量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態(tài)。[2][3]

INS

INS全稱(chēng)Inertial Navigation System，即慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，有時(shí)也簡(jiǎn)稱(chēng)為慣性系統(tǒng)或慣性導(dǎo)航。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作機(jī)理是建立在牛頓經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)上的。牛頓定律告訴人們：一個(gè)物體如果沒(méi)有外力作用，將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)；而且，物體的加速度正比于作用在物體上的外力。如果能夠測(cè)量得到加速度，那么通過(guò)加速度對(duì)時(shí)間的連續(xù)數(shù)學(xué)積分就可計(jì)算得到物體的速度和位置的變化。
陀螺儀、IMU、INS區(qū)別與聯(lián)系
陀螺儀可以測(cè)量三軸（roll,pitch,yaw）角運(yùn)動(dòng)(角度、角加速度)；

3個(gè)單軸陀螺儀+3個(gè)單軸加速度計(jì)=IMU，稱(chēng)為慣性測(cè)量單元；

3個(gè)單軸陀螺儀+3個(gè)單軸加速度計(jì)=INS，稱(chēng)為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；因此可以認(rèn)為IMU≈INS[2]

定位（GPS)就是告訴你，你現(xiàn)在在哪。導(dǎo)航就是告訴你，如何到你想要到的位置。慣性導(dǎo)航你可以簡(jiǎn)單的理解成依靠慣性器件（陀螺、加速度計(jì)等）的原始數(shù)據(jù)加上固定的算法（很深?yuàn)W的東西..)來(lái)輸出你先要的信息，如位置，載體姿態(tài)，實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度等。IMU就是慣性測(cè)量單元，它主要由慣性器件組成（陀螺、加速度計(jì)等），輸出最原始的數(shù)據(jù)，如加速度、角速度等等，但是無(wú)法給出位置、姿態(tài)等信息。所以INS實(shí)際上可以簡(jiǎn)單的理解成由算法和IMU共同構(gòu)成的。[4]

RT3000

為了獲得移動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置和姿態(tài)信息，已經(jīng)提出和采用了多種導(dǎo)航方式。其中，以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial Navigation System，INS）和全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（ 以Global Positioning System，GPS為典型代表）應(yīng)用最為廣泛。INS 不僅能
夠提供載體位置速度參數(shù)，還能提供載體的三維姿態(tài)參數(shù)，是完全自主的導(dǎo)航方式, 在航空、航天、航海和陸地等幾乎所有領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。

隨著慣性技術(shù)與衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展，由GPS/INS 不同程度組合而成的定位定姿傳感器已成為移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)中確定載體軌跡和平臺(tái)姿態(tài)的重要工具，其中GPS 多用于定位而INS 則用于測(cè)姿。

RT3000 由oxts研發(fā)，目的是實(shí)時(shí)地對(duì)車(chē)輛，飛機(jī)和船只等的運(yùn)動(dòng)做高精度的測(cè)量。為了獲得高精度的測(cè)量，RT 使用了為戰(zhàn)斗機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)算法。一個(gè)由三個(gè)加速度計(jì)和三個(gè)陀螺儀（角速度傳感器）組成的慣性傳感器組塊用來(lái)計(jì)算所有的輸出。

和常規(guī)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)不同，RT3000 用GPS 校正所有的測(cè)量值。GPS測(cè)量位置，速度和（雙天線）航向，但是，通過(guò)這些測(cè)量，RT3000 可以使其它量，如俯仰，側(cè)傾非常精確。當(dāng)GPS 起作用時(shí)RT3000 進(jìn)行測(cè)量時(shí)就沒(méi)有漂移。標(biāo)準(zhǔn)的RT3000 系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)[4]。

參考文獻(xiàn)

[1] 姬旭東. 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)淺析[J]. 長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版）, 2012, 09(9):68-69.

[2] Adas常用實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：RT3000/RTrange/IMU/INS/RTK等

[3]?IMU簡(jiǎn)介

[4] IMU、INS、DGPS和POS

[5] 劉斌.RT3000慣性GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)高精度測(cè)量[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2014(01):1-3.

總結(jié)

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