RTK与RTD基础原理

(文中的部分图片是摘自其他博主的文章，由于比较久，忘记原本链接了，侵删)

GPS定位原理

卫星自身有自己的星历与原子钟，因此卫星知道自身准确的空间坐标与时间。因为每个卫星都有原子钟，因此每颗卫星的时间基本上都是相同的，不过卫星发射信号的时间点有可能不同，但在发送的报文中，会包含时间戳信息。

对一个飞机还有一颗卫星来说，假设卫星的坐标为 X1，Y1，Z1，时间为T1。而飞机的空间坐标 X，Y，Z，以及时间 T 是未知量。

先抛开时间，单论空间的话，飞机与卫星的空间距离可以用空间勾股定理计算得出：

而卫星发射信号的速度是已知的，就是电磁波的速度(光速)，3*10^8 m/s，那么从时间轴上，也可以计算出飞机与卫星的距离 = 3*10^8 * (T - T1)，联立方程：

此一个方程中，含有四个未知量，可以容易联想到，如果要解出四个未知量，我们需要至少四个方程-----至少四个方程就代表，我们需要至少四颗卫星的信息，才能解算出来飞机的空间坐标与时间：

所以对无人机端，能够接收到四颗卫星的信息就可以解算出来自身坐标，以上为GPS定位的基本原理。但GPS定位方式的精度不是很高，不过GPS定位原理是RTK定位的基础。

伪距

伪距就是接收机到卫星之间的大概距离，之所以称之为伪距，是因为其不是真实距离，中间包含各种误差，正如上述中无人机到每个卫星的距离，就是伪距。是由卫星发射事件与接收机的接收时间计算得来。

卫星时钟与接收机时钟存在钟差，还有大气层等因素的影响，导致其并不是真实距离，伪距的误差来源也是GPS定位的误差来源。

卫星载波有两个频段L1与L2，通过两个频段来传输信号，计算伪距，可以克服一些误差来源。

GPS定位的误差来源

GPS定位的精度不高，误差来源主要为以下三个：

1）卫星端误差

2）传输过程误差

3）接收机误差

其中，卫星端误差表示由于卫星本身轨道误差与钟差造成的误差，以及卫星信号可能经过反射；

传输过程误差表示不同的大气层以及不同的纬度传输的差异，

接收机误差表示接收端(飞机)自身的环境干扰或遮挡造成的影响。

传输过程误差可以通过建模等方式消除大部分，接收机误差受环境的影响大，正常环境下，卫星端误差就是造成定位偏差大的主要原因，那么实现高精度定位主要就是解决卫星端误差。

RTD定位原理

RTD，全称为实时动态码相位差分技术，与RTK定位都是建立在GPS定位的基础上，原理上可以以下图为示例：

此图为一个基础版的 RTK 组网，根据 GPS 定位的原理，可以推出，上图中的移动站与基准站的坐标与时间都可以通过四颗卫星的信息来计算出来，只不过误差较大。

RTD采用的是伪距差分。此时：

1）把基准站建立在一个开阔地带，通过其他的方式确定基准站的准确坐标，记作A，即此基准站的准确坐标是已知的，之后基准站接收卫星信号，可以计算出每个卫星每时刻到基准站的真实距离，同时通过GPS的方式得出基站到每个卫星的伪距，再将伪距与真实距离做差，得到伪距改正值；(有些也会直接求出坐标，得到坐标改正值，本质是相同的)

2）之后基准站将此伪距改正值(坐标改正值)通过电台发送给移动站(无人机)；

3）移动站接收到伪距改正值(坐标改正值)之后，同时也通过卫星定位来计算自身的坐标，此时计算出来的坐标同样也是带有误差的；

4）移动站将基准站发送过来的伪距改正值(坐标改正值)再补偿进自己通过卫星定位得到的坐标中，就可以消除一些卫星端误差，提升精度。

以上便是RTD定位的基本原理。

RTK定位原理

RTK，全称是载波相位差分技术。

如果要得到与卫星的距离，除了伪距测距，载波相位也是可以用来测距的。

卫星采用的可调制载波的频段有两个---L1与L2，L1频段的载波频率为1575.42MHz，波长约19cm，知道了载波频率，如果能够测量到传播路径上两点之间相位差，那么就可以计算出来两点的距离。

那么与RTD相比，RTK的实现步骤就为：

1）有基站的准确坐标，基站将自身的载波相位通过RTCM报文发送给移动端(无人机)

2）移动端(无人机)接收基站的坐标与载波相位

3）移动端(无人机)将载波相位与自身的载波相位做差，得到载波相位差，进而求解出与基站的距离，再根据基站的坐标与自身解算出来的坐标，求解出定位精度更高的位置坐标

实际应用

实际应用时，通常是RTD与RTK相结合的方式，一起使用伪距差分定位与载波差分定位。

伪距与载波相位结合

在实际的定位应用中，伪距精度不如载波相位高，但是伪距可以实现绝对定位，通常是两者结合进行综合定位，即RTD与RTK相结合实现准确定位。

伪距差分模式

伪距差分模式有两种，可以按照rtcm协议来区分，rtcm2协议版本使用的是伪距差分模式，rtcm3协议版本使用的是伪距双差模式。

rtcm2与rtcm3比较

rtcm2的伪距差分模式就是正常的，由基站计算出伪距改正量，然后将伪距差发送给移动端，但是是不发送基站坐标的。

而rtcm3的伪距双差模式，是基站将卫星原始伪距观测值以及基站坐标都发送出来，由移动端来对应相应的卫星自行解算伪距改正量。

之所以这样做，是基于不同的考量，rtcm2直接发送伪距改正量，不发送基站坐标，数据量少，在传输上有优势，而且不会暴漏基站坐标，保密性强。但缺点是容易造成星历误匹配的情况，即基站与移动端使用的是不同的星历，这样用伪距改正量会对精度造成影响。

而rtcm3发送基站坐标与原始伪距观测量，从而不存在星历误匹配的情况，但发送数据量大，需要有较好的通讯链路，且会发送基站坐标，保密性不如rtcm2。

结合飞控

结合无人机的话，就是基站通过电台发送伪距差分数据以及载波相位给到飞控，飞控有两个任务：一是将基站的rtcm数据转发给RTK板卡，另一个是从RTK板卡读取解析后的数据。一般来说，板卡会引出两个串口，串口1用来给飞控发送解析后的数据，串口2用来接收飞控发来的基站数据。

而飞机的板卡通过GPS定位，伪距差分量，以及载波相位差来综合计算给出准确定位。

拓展

电台传输距离有限，约为20km，在网络覆盖了之后，一般通过4G网络来传输基准站的差分信号。不过，当网络条件差的时候，差分信号传不过来，就会造成定位精度差。

所以在无网环境下，还是通过无线来传输差分信号。

CORS系统

CORS 名为“连续运行参考站”，在了解了RTK的原理之后，就会明白 RTK 是相当依赖基站的。

结合RTK的特点，CORS 系统就可以理解为：政府以及一些公司，为了能够顺畅使用RTK而建立的若干个，覆盖大部分地区的固定基站，不间断运行，提供差分信号的基站网络。

CORS系统通过4G发送信号，向用户收费服务，用户端需要有4G网卡，通过网络与基站相连。

许多厂商都建立了自己的cors系统。