【Rtklib入门指南】4. 使用RTKLIB进行载波相位差分定位（RTK）

RTK

        RTK（Real-Time Kinematic，实时动态）定位技术是一种高精度的卫星导航技术。相比传统的GPS定位技术，RTK能够在厘米级别的精度范围内提供定位结果。这使得RTK技术在无人机、自动驾驶、工程测绘、农业机械自动化等领域具有广泛应用。

　　RTK技术的核心在于利用两台或多台GNSS接收器（如GPS、北斗、GLONASS等）之间的相对位置差异，实时校正位置数据。通过高精度的载波相位差分算法，RTK能将传统卫星定位的误差从几米级降低到厘米级。

RTK定位的工作原理

　　RTK定位的原理基于载波相位差分技术，与传统的伪距差分技术不同，RTK利用了GNSS信号中的载波相位信息。其工作流程可以概括为以下几个步骤：

　　1.基准站和流动站的配置

　　RTK系统通常由两个关键部分组成：基准站（Reference Station）和流动站（Rover Station）。基准站的GPS接收器安装在已知的精确位置上，通过接收卫星信号来计算实时的误差数据，并将这些误差信息传送给流动站。流动站则安装在需要进行实时定位的目标上（如无人机或机械设备）。

　　2.载波相位差分

　　无论是基准站还是流动站，它们都接收到来自卫星的载波信号。传统GPS主要依赖伪距信号的时间延迟来计算位置，而RTK则利用载波的相位观测量来提高定位精度。载波的波长较短约19厘米，因此通过计算载波相位的精确差异，能够实现厘米级定位。

　　3.误差修正与实时传输

　　基准站计算出与流动站之间的误差，并通过无线电台或网络将差分数据发送给流动站。流动站接收这些误差数据后，结合其自身的GNSS信号，实时修正定位结果，达到高精度的定位效果。

　　4.实时计算与输出

　　流动站接收到差分数据后，利用RTK算法进行计算，并输出高精度的定位数据。这一过程是实时的，确保了流动站的位置精度始终保持在厘米级别。

观测数据

         本文观测数据使用了hk2025年1月1日的观测数据。选取同类型接收机和天线的近距离两个参考站作示范用，流动站hksc，基准站hkss。

分析工具

        RTKLIB demo5 b34版本

RTK定位流程

1. 双击打开RTKPOST

配置基准站hksc，

配置基准站，

配置Setting1选项卡，RTK的模式包括Kinematic：动态RTK；Static：静态RTK；Static-Start：静态初始；Moving-Base：动对静；Fixed：固定解。此处以Static静态解作为模式选择。

• Frequencies/Filter Type：单频数据的话选L1；双频L1+L2；三频L1+L2+L5。本案例选择双频L1+L2。
• Elevation Mask(°)/SNR Mask：选择高度截止角。截止高度角选择默认15度。以及对观测卫星的信噪比进行筛选设置。
• Filter Type：kalman滤波的类型，Forward前向滤波，backward后向滤波，combined双向滤波。
• Rec Dynamics/Earth Tides Correction：设置接收机动态模式，用于估计接收机位置（仅用于动态RTK模式）/设定地球潮汐改正，其中0：不设置（默认）；1：使用固体潮汐校正；2. 使用固体潮汐改正和极潮改正。短基线情况下可选择OFF，长基线情况下可开启。本案例此处选OFF。
• Ionosphere Correction：若不提供电离层数据选则Broadcast；无电离层组合模型选择Iono-Free LC；非组合模型选择Estimate STEC。在RTK模式下，长基线可选择各自改正，短基线情况下大气误差相关性高，可选择OFF。此处选择OFF。
• Troposphere Correction：选择对流层估计模式。在RTK模式下，长基线可选择各自改正，短基线情况下大气误差相关性高，可选择OFF。此处选择OFF。
• Satellite Ephemeris/Clock一栏中若提供了精密钟差选Precise；没有则选择Broadcast。此处选择Broadcast。
• Excluded Satellites一栏可排除指定PRN的卫星。
• 最后可勾选进行解算相应的系统。

接下来可配置Setting2选项卡，

Integer Ambiguity Res：可以配置不同系统卫星的模糊度固定方式，Fix and hold为固定后不发生周跳的情况下进行保持，Continuous为连续固定，instantanous为每时刻都独立固定，PPP-AR在RTK模式下不进行选择。

• Integer Ambiguity Res：设置模糊度固定策略，默认使用PPP中的模糊度固定方法，即Fix and hold选项，固定后无周跳情况下进行保持。
• Ratio to Fix Ambiguity：输入最小Ratio值，用于设置模糊度的固定阈值。默认使用3，低成本接收机可酌情调整提高模糊度固定率，但降低阈值会带来错误固定概率上升的影响。
• Min Lock / Elevation to Fix Amb：设置固定整周模糊度的最少锁定计数和最小仰角，本案例使用默认参数。
• Min Fix / Elevation to Hold Ambiguity：如果Integer Ambiguity Res一栏中设置为“Fix and Hold”，则该选项中可以设置固定整周模糊度的最小固定数和最小仰角，本案例此处默认。
• Slip Threshs Doppler（Hz）/Geom-Free：周跳探测的门限阈值Doppler/GF组合。本案例此处默认。
• Max Age of Diff(s)/ Out to Reset Amb：设置流动站和基准站之间的时间差最大值（PPP和SPP模式下该项不参与解算），设置模糊度固定算法的中断阈值，若超过这一阈值则估计的模糊度将重置为初始值，设置线性组合载波相位差的周跳阈值
• Outlier Threshold for Code/Phase：伪距和载波判定为粗差的门限阈值。本案例此处默认。
• Number of Filter Iteration/Sync Solution：设置用于测量更新的估计滤波器的迭代次数，以及时间的同步方式，本示例默认。
• Baseline Length Constraint：基线长度限制，该参数仅在Moving-Base模式下有效，PPP及SPP模式下不可选。
• Min Fix Sats/ Min Hold Sats：固定需要的最小卫星数量，以及保持需要的最小卫星数量。本示例使用默认参数。
• Max Pos Var for AR/AR Filter：AR滤波器的最大定位残差协方差以及AR滤波器是否开启。本案例默认打开。
• Hold Amb Var/Hold Amb Gain：模糊度保持的方差和增益参数设置，本案例默认。

接下来可配置output选项卡，按需选择即可，这里选择了ECEF坐标系方便偏差计算。

• solution Format可选择坐标的呈现形式，Lat/Lon/Height表示经纬高坐标，XYZ-ECEF表示地心地固系下的xyz坐标，ENU-baseline表示输出的是ENU东北天坐标系，NMEA A0183则是nema格式。按需求选择即可。
• output Header打开会输出文件头，Process Options会打开过程相关信息，这两个默认打开即可。Vel则是输出速度，静态无需打开，动态可考虑打开。
• Time Format：则可选择时间的表示形式以及小数点的显示位数。
• Latitude Longtitude Format：可配置经纬度的显示形式和位数。
• Field Separator：设置输出文件中每个值之间的分隔符
• Datum/Height：若输出格式为经纬度时设置坐标基准（包括WGS84和Tokyo）/设置高程类型，包括椭球高（Ellipsoidal）和大地高（Geodetic）
• Geoid Model：如果Height选项设置为大地高（Geodetic），则通过该选项设置大地水准面模型。
• Solution for Static Mode：PPP-Static模式下选择输出解的类型，All选项：输出处理周期内的所有结果；Single选项：只输出处理周期内的一个解，解的历元为处理周期的起始历元。
• NMEA Interval (s) RMC/GGA：设置NMEA GPRMC、GPGGA消息的输出间隔，小于0不输出，等于0输出全部（仅用于导航或实时定位模式）
• Output Solution Status/Debug Trace：设置是否输出解决方案文件（包括状态估计和残差信息）/设置是否输出调试（Debug）文件。

下面进行Statistic选项卡的配置。

• Code/Carrier-Phase Error Rate L1/L2：设置L1和L2/L5/L6伪距误差的标准差与载波相位误差的比值。
• Carrier-Phase Error a+b/sinEI (m)：设置载波相位误差标准差的仰角相关项
• Carrier-Phase Error/Baseline(m/10km)：设置载波相位误差标准差的基线长度相关项
• Doppler Frequency(Hz)：设置多普勒误差的标准偏差(Hz)(当前版本不使用该值)
• Receiver Accel Horiz/Vertical：设置接收机加速度的过程噪声标准差为水平或垂直分量，如果“Receiver Dynamics”设置为OFF，则该选项不参与解算。
• Carrier-Phase Bias：设置载波相位偏差的过程噪声的标准差
• Vertical Ionospheric Delay：设置每10km基线的垂直电离层延迟的过程噪声标准差
• Zenith Tropospheric Delay：设置天顶对流层延迟的过程噪声标准差
• Satellite Clock Stability：设置卫星时钟稳定性(s/s)。该值用于基站观测数据的插值

无特殊要求默认即可。

接下来是Positions的配置，需要注意的是，RTK属于相对定位，基准站的坐标必须非常准确，才能避免固定bias的引入。因为香港CORS站属于静态CORS站，数据长时间收敛，使用RINEX文件头坐标即可。

如果基准站和流动站天线类型不一致的情况下，可勾选两边的Antenna Type进行天线的类型选择，避免天线相关误差的引入。如果基准站和流动站天线类型一致，同类型误差可通过RTK的差分消除，该步骤则可省略。本案例使用的hkss和hksc天线类型都属于LEIAR25.R4，因此可省略此步骤。

配置ATX文件。

配置Base Station也就是基准站路径。

配置星历，本案例此处选择对应的广播星历路径。

点击Execute运行。

执行完毕后，可以通过View查看运行结果的文本形式，注意此处Q=1表示固定解，RTK的固定解精度一般在厘米级，浮点解（Q=2）精度一般在分米级。

点击Plot则可以查看RTK运行结果的绘图输出形式。

如果要消除基准，可在配置中将Coordinate Origin按需选择，此处选择Average Pos，消去平均偏差查看bias影响。

切换为gnd rtk，可以查看偏离散点图。

切换成velocity，可以查看速度情况。

切换成Accel，可以查看加速度情况。

切换到NSAT，可以查看卫星数和Ratio值的情况。

Residual显示了伪距和相位残差以及高度角随时间的变化情况。

Resid-EL则反映了残差随高度角变化的情况。通常来说高度角越低，残差容易越大。

Ref：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/17631039979