基于多参考站网络的VRS原理与质量检验

摘要：在一定区域内建立多个(一般为三个或三个以上)基准站，对该地区构成网状覆盖，并以这些基准站中的一个或多个为基准，计算和发播改正信息，对该地区内的卫星定位用户进行实时误差改正的定位技术，称为网络RTK，又称为多基准站RTK。它克服了常规RTK技术的缺陷，拓展了RTK定位的作用距离，其定位结果和可靠性都得到了很大提高。网络RTK中的VRS技术集成Internet技术、无线通信技术、计算机网络技术、数据库技术和GPS定位技术于一体，代表了GPS定位技术的最新发展方向。

本文主要针对VRS定位原理展开研究。首先介绍了网络RTK系统，分析了网络RTK系统的优点和应用，并详细介绍了网络RTK系统的原理、组成部分及工作流程。最后，通过实践,研究分析了GZCORS系统中RTK作业的质量检验方法。

关键词:网络RTK；虚拟参考站； CORS质量检验

中图分类号：F224.33 文献标识码：A 文章编号：

绪论

1.1概述

从开始研究GPS技术之时起，它的主要目标就是提高定位的精度。利用GPS进行绝对定位(或单点定位)时，其精度受到卫星轨道误差、钟差、大气折射误差(电离层延迟和对流层延迟)及人为因素等诸多因素的影响，尽管其中一些系统性误差可以通过模型加以改正，但是其残差仍是不可忽略的。实践表明，目前静态绝对定位精度可达到米级，而动态绝对定位的精度仅仅为10m-40m，这一精度远远不能满足大地测量精密定位的要求。

为了消除和减弱上述各种误差的影响，提高定位精度，差分GPS (DGPS)定位技术得到了普遍的重视和迅速的发展。差分GPS主要有基准站的GPS接收设备、数据处理设备与传输设备和用户GPS接收机组成。差分GPS的基本思想是在基准站进行GPS观测，利用己知的基准站精密坐标计算出基准站到卫星的改正数，并定时发送。用户接收改正数对其观测量进行改正，并进行定位计算。

1.2网络RTK技术的优点及应用

在一定区域内建立多个(一般为三个或三个以上)基准站，对该地区构成网状覆盖，并以这些基准站中的一个或多个为基准，计算和发播改正信息，对该地区内的卫星定位用户进行实时误差改正的定位技术，称为网络RTK，又称为多基准站RTK。

网络RTK摒弃了常规RTK中假设流动站和基准站的电离层延迟、对流层延迟和轨道误差等多种误差影响近似的假设，而是利用在一定区域内，多种系统误差(如电离层延迟、对流层延迟和轨道误差等)具有较强的相关性，根据多个基准站的已知误差用一定的算法来推算该区域内任何一处流动站的未知误差，然后再解算整周模糊度，从而得到高精度的实时RTK定位结果。其优越性主要表现在:

1、在同样的观测距离上，多参考站技术能提高整周模糊度解算算法的性能，所需时间缩短;有效的减弱和消除用户端载波相位观测值中的系统误差的影响。由于对所有在双差方程中出现的未消除的系统误差残差都进行了考虑，并分别进行了更为准确的误差建模工作，因此可以更有效的解算载波相位模糊度，也就取得了更好的定位性能。

2、参考站间距离增大，也就是差分服务的覆盖区域变大。

3、系统的可靠性增强，在一个或多个参考站出现故障时，利用剩余的参考站仍能正常工作。

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图1.1、常规RTK与网络RTK布基准站作业效率比较

1.3本文研究的主要内容

网络RTK技术作为一种集成了计算机技术、通信技术、网络技术的新型GPS定位方法，正在以其自身所具有的定位精度高、范围广等优点，得到了广泛的应用与发展。本文针对网络RTK中的VRS原理，主要的研究内容有:

1.介绍了网络RTK系统，分析了网络RTK系统的优点和应用。并详细介绍了网络RTK系统的概念、发展现状及最新进展。

2. VRS定位原理及系统组成。并详细介绍了数据处理过程。

3. 介绍了GZCORS系统中 RTK作业误差的影响因素以及质量检验方法，最后以实例进行进行检测结果分析以及作业结果分析，并做出结论。

二、 VRS定位原理及系统组成

2.1 VRS概念及定位原理

VRS技术主要利用网络内所有基准站的观测数据，结合基准站的精确坐标以及流动站

的概略坐标，在流动站附近产生一个虚拟参考站，由于虚拟参考站和流动站距离较近(一

般为几米到几十米)，因此建立了虚拟参考站以后，流动站就可结合虚拟参考站利用常规

RTK技术进行实时相位差分定位，以获得较高精度的定位结果。其原理如图2-1所示。

图2-1 VRS原理示意图

从用户角度分析，上述原理相当于用户接收一个没有实际架设的“虚拟参考站”发出的虚拟参考数据(包括参考站载波相位观测值和参考站精确坐标)，并进行实时RTK解算，因此把上述技术称为虚拟参考站技术。

在虚拟参考站技术中，需要用到流动站的概略坐标，即流动站首先根据伪距观测值和广播星历进行单点定位，将定位结果作为流动站的概略坐标实时传递给数据处理中心，数据处理中心在该概略坐标处建立一个虚拟参考站。受单点定位的精度所限，流动站真实坐标和虚拟参考站坐标之间的差距可能在20-40m左右，虚拟参考站与流动站距离的减少有助于定位精度的提高。

2.2 VRS系统

2.2.1系统组成

VRS系统一般由基准站部分、数据传输部分、数据处理中心和用户部分(流动站)组成。

(1)基准站部分

基准站子系统是VRS系统的重要组成部分，它的主要功能是为数据处理中心提高基准站的原始观测数据，它的稳定性、可靠性将直接影响到系统的性能，因此，基准站应具有很高的稳定性和可靠性。

(2)数据传输部分

数据传输部分是连接数据处理中心与基准站、数据处理中心与流动站之间的链路，它是系统成为一个有机整体的关键。一般可采用有线通信或无线通信两种方式。具体功能是通过有线或无线的方式将各基准站的原始数据传入数据处理中心，将数据处理中心的控制指令传至各基准站;将流动站的概略坐标通过无线电台传入数据处理中心，并将数据处理中心所计算出的流动站处的差分改正信息传至流动站。

(3)数据处理中心

数据处理中心只有一个，它是整个VRS系统的神经中枢，所有的数据分类、选择、处理以及各种监控指令都是由数据处理中心完成的，并通过数据传输部分与各基准站和流动站相连。它的主要功能是通过数据传输部分获取基准站的原始观测数据和流动站概略位置信息，执行VRS算法，计算出流动站处的差分改正信息，再由数据传输部分发送给流动站，完成定位。

(4)用户(流动站)部分

用户部分是指所有的VRS系统的服务对象。VRS系统可以同时为多个用户提供差分服务，由于VRS技术可以实时提供厘米级定位，所以其服务对象可以遍布几乎所有的定位领域，如测绘工程、地表及建筑物形变监测、工程施工、地理信息更新、道路施工及测绘、地面、海上和空中交通监控、农业管理等等。

2.2.2数据处理过程

根据上述原理，可以看出在VRS区域网中，虚拟参考站运行的基本流程如下:

在一定区域布设若干个差分基准站和1个数据处理中心，将这些基准站组网形成GPS差分网，将所有基准站的差分信息汇集到数据处理中心。数据处理中心可以由其中一个基准站兼做，数据传输可以借用现有的公共数据传输网，如Internet网;