Trimble RTX 技術(shù)綜述

徐以廳，宋濟(jì)宇

(天寶寰宇電子產(chǎn)品(上海)有限公司，上海 200131)

一、Trimble RTX 技術(shù)簡(jiǎn)介

Trimble RTX(Real-Time eXtended)實(shí)時(shí)差分?jǐn)U展技術(shù)是Trimble新近開(kāi)發(fā)的一種定位技術(shù)，它把多種創(chuàng)新技術(shù)結(jié)合在一起，使用戶(hù)能在地球表面或靠近地球表面的任何地方進(jìn)行厘米級(jí)實(shí)時(shí)定位，能夠在不采用基準(zhǔn)站、電臺(tái)或網(wǎng)絡(luò)參考站鏈接的情況下，實(shí)現(xiàn)從亞米到厘米精度的GNSS 定位服務(wù)。

這種新定位技術(shù)以L波段衛(wèi)星鏈路或互聯(lián)網(wǎng)在全球范圍生成和交付的精確的衛(wèi)星改正數(shù)據(jù)(軌道、時(shí)鐘和系統(tǒng)偏差)作為基礎(chǔ)，總體系統(tǒng)基本架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 Trimble RTX 定位技術(shù)基本架構(gòu)

從遍布全球的控制站得到的GNSS 原始數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至各個(gè)數(shù)據(jù)處理中心。為了保證高度的系統(tǒng)可用性，處理中心(圖1 中的虛線(xiàn)框內(nèi)部分)是冗余配置的。如果有處理需求，差分改正數(shù)據(jù)流能夠在冗余處理中心和(或)中心內(nèi)部的處理服務(wù)器之間自動(dòng)切換。在處理中心內(nèi)部，冗余通信服務(wù)器用于把GNSS 網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。這些服務(wù)器主管著GNSS 網(wǎng)絡(luò)處理器，而網(wǎng)絡(luò)處理器的任務(wù)是計(jì)算精確的軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘和系統(tǒng)模型誤差，用于全球任何位置的GNSS 差分改正。

網(wǎng)絡(luò)處理器產(chǎn)生的精確衛(wèi)星差分?jǐn)?shù)據(jù)以CMRx 格式進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，CMRx 是為了采用更高壓縮比傳輸衛(wèi)星差分?jǐn)?shù)據(jù)以支持RTK 定位、Trimble RTX 和Trimble xFill 而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的壓縮格式。然后，這些差分改正信息經(jīng)由衛(wèi)星鏈路或互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)接脩?hù)端。現(xiàn)在的Trimble RTX 跟蹤網(wǎng)絡(luò)大約包含100個(gè)分布于全球的GNSS 控制站，如圖2 所示。

圖2 Trimble RTX 跟蹤網(wǎng)絡(luò)分布圖

二、Trimble RTX誤差模型

影響GNSS 測(cè)量精度的因素主要有衛(wèi)星時(shí)鐘誤差(satellite clock errors)、衛(wèi)星繞行軌道誤差(satellite orbit errors)、大氣影響(atmosphere errors)和測(cè)量偏差(biases errors)。采用參考站+流動(dòng)站方式測(cè)量時(shí)，在GNSS 處理期間會(huì)把參考站和流動(dòng)站的GNSS 數(shù)據(jù)結(jié)合在一起。由于這些誤差量在流動(dòng)站和參考之間基本一致，當(dāng)把兩組測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合在一起時(shí)，它們幾乎就相互抵消了。任何殘差通常都非常小，小到可以使相對(duì)定位精度達(dá)到厘米級(jí)。

雖然Trimble RTX 技術(shù)采用的方式與傳統(tǒng)差分RTK 的方式相當(dāng)不同，但是，由于它們處理的是相同來(lái)源的誤差，如在進(jìn)行RTK測(cè)量時(shí)，一旦無(wú)線(xiàn)電鏈路中斷，數(shù)據(jù)只能從流動(dòng)站獲得，衛(wèi)星時(shí)鐘、軌道和測(cè)量偏差這些在標(biāo)準(zhǔn)RTK 處理中所需要的數(shù)據(jù)將被模型化并作為T(mén)rimble RTX 改正數(shù)據(jù)流的一部分而傳輸。然后，這些影響將變成已知量并在處理流動(dòng)站測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)被恰當(dāng)使用。為T(mén)rimble RTX系統(tǒng)特別制訂的運(yùn)算規(guī)則將用于處理大氣誤差，把任何殘差減少到高精度GNSS 定位應(yīng)用所能接受的程度。

Trimble RTX 數(shù)據(jù)處理提供衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的殘差模型可與差分RTK 所提供的殘差相比擬。雖然各種不同的模型化誤差來(lái)源不是針對(duì)參考接收機(jī)所經(jīng)歷的相似誤差而消除的,但是Trimble RTX 處理器(如圖1 所示)運(yùn)算規(guī)則所提供的質(zhì)量相當(dāng)高，可使最終的RTX定位精度與傳統(tǒng)RTK 差分處理的精度一致。Trimble RTX L 波段數(shù)據(jù)流提供的差分改正質(zhì)量很高，使誤差模型方法的質(zhì)量相當(dāng)于傳統(tǒng)差分RTK 的質(zhì)量。

三、Trimble RTX服務(wù)和應(yīng)用

1. Trimble CenterPoint RTX 修正服務(wù)

Trimble RTX 是一個(gè)高精度、低收斂時(shí)間的精密單點(diǎn)定位(PPP)系統(tǒng)，它不需要 RTK 基站或 VRS 網(wǎng)，就能夠?qū)崟r(shí)提供厘米級(jí)的定位精度。對(duì)于基于陸地的改正信號(hào)不可用的空曠區(qū)域，可以用衛(wèi)星提供的 CenterPoint RTX 改正進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)在偏遠(yuǎn)地區(qū)跨越很大距離進(jìn)行測(cè)量時(shí)，如管線(xiàn)或基本民用設(shè)施，CenterPoint RTX 消除了不斷移動(dòng)基站或始終保持連接蜂窩移動(dòng)網(wǎng)的需要。在經(jīng)過(guò)30 min收斂時(shí)間后，RTX能夠達(dá)到3.8 cm的精度，它無(wú)需基準(zhǔn)站或其他基礎(chǔ)設(shè)施，采用衛(wèi)星 L 波段和 IP 播發(fā)，實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

2. Trimble xFill斷點(diǎn)續(xù)測(cè)技術(shù)

Trimble xFill 斷點(diǎn)續(xù)測(cè)技術(shù)是由Trimble 開(kāi)發(fā)的一種新技術(shù)，能使RTK 用戶(hù)從Trimble RTX L 波段的衛(wèi)星服務(wù)中受益。通過(guò)對(duì)GNSS 基本誤差(如衛(wèi)星軌道、時(shí)鐘和系統(tǒng)偏差)的高級(jí)模型化和估算，使采用傳統(tǒng)方法處理的差分RTK 性能得到增強(qiáng)。

Trimble xFill 首先應(yīng)用于Trimble R10 GNSS 智能接收機(jī)，使Trimble R10 接收機(jī)能夠有效地應(yīng)對(duì)無(wú)線(xiàn)電或互聯(lián)網(wǎng)連接的中斷，這也是丟失RTK 改正數(shù)據(jù)的主要原因。它在長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘的連接中斷期間，能夠無(wú)縫地提供不間斷定位，并且保持測(cè)量級(jí)精度。Trimble xFill 自動(dòng)激活時(shí)沒(méi)有延遲，對(duì)于要求不嚴(yán)格的應(yīng)用，還有可能延長(zhǎng)Trimble xFill 測(cè)量周期。在許多外業(yè)環(huán)境中偶發(fā)的無(wú)線(xiàn)電接收中斷問(wèn)題將不再對(duì)外業(yè)工作造成不良影響，可實(shí)現(xiàn)最短停機(jī)時(shí)間和最大生產(chǎn)效率(如圖3所示)。

圖3 使用Trimble xFill 的Trimble R10 接收機(jī)的預(yù)期表現(xiàn)