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网络RTK的实现：悉尼CORS基础设施

C. Rizos, T. Yan, S. Omar, T. Musa
澳大利亚，悉尼新南威尔士州2052，新南威尔士大学，测绘与空间信息系统学院

摘要：众所周知，单基站实时动态的（RTK）GPS接收机互相之间数据传输是
以载波相位技术为基础，受距离的限制非常大。对于高生产率的GPS测量技术需求的工程，需要非常快的误差处理技术，因此，接收机测量基线长度通常限制在10公里以内。然而，随着网络GPS技术的开发形成，距离对于RTK接收机的限制已经被克服。由于测量偏差可以采用建模和使用多参考量来校正数据，处于CORS网络中的接收机的定位精度和独立的接收机精度相当将。这种技术现在不同地区成为称为网络RTK技术，多参考站定位，广域定位，和虚拟参考站技术。本文作者将在描述的网络RTK技术的基础上，讨论要建设哪些必要的基础设施，网络RTK技术才能够真正得到应用，在悉尼的用户才能享受到网络RTK的服务。本文也将描述一个目前正在监测悉尼流域面积的连续运行参考站（CORS）网络，以此来进一步介绍网络RTK的必要技术支持。

关键词：RTK；网络RTK；GPS网络；CORS基础设施

1引言

1.1背景

精确差分GPS定位的标准模式是一个参考接收机要位于基站的三维坐标的地心坐标系且坐标是已知的，以此第二接收器的坐标相对于该参考接收机可以通过计算确定。 这个理论的原理是基于底层伪距的GPS差分（DGPS）技术。为了实现高精确度的应用，必须要使用载波相位数据，但这样会使系统结算非常复杂，成本太高。 所以，我们必须把歧义消解（AR）的算法掺入结算程式来作为数据的处理软件的一部分。这种高精度数据解算技术的实现需要的是不断创新研发，目前已经有很多GPS厂商生产出这种高精度GPS测量产品产品（比如，Rizos，2002）。

在过去的十年中，高新技术的发展使得该高精度性的测量定位技术得以实际运用。也就是说，对于立刻测量的测量数据，当其从基准接收机中通过一些数据通信链路被发送到测量现场的接收机，由一系列设备进行处理处理（例如，VHF或UHF无线电，蜂窝电话，调频广播副载波或是卫星通信系统）。这样才能实现实时精确定位，当然，有时候可能GPS接收机处于运动状态，但这并不影响数据定位精度。这种系统通常被称为实时运动学或RTK系统他们都应用了许多切实可行的GPS-RTK的时间误差关键型应用，如工程测量，GPS制导的土方/发掘，机械控制等高精度导航应用（例如，拉切贝尔。等，2002年）。

单基站RTK的限制是参考接收机与用户之间的长距离接收器数据在传输途中会产生诸如轨道误差、电离层折射误差和对流层折射的信号偏差。这会使接收器间距受到限制，不能超过10公里。

广域差分GPS（WADGPS）和广域增强系统（WAAS）是很好的消减误差的技术。一方面，在宽广的地理区域使用由数百公里以上分离的基站的网络。在测量偏差可被建模的基础上，校正用户的接收器，这样就使定位精度和独立接收机的精度接近了。然而，这些都是为了是定位精度能与基于伪距的系统在仪表亚米级精度交互使用。

从20世纪80年代开始，连续运行参考站（CORS）技术已经达到支持非常高的精度测地应用程度（Evans等，2002）。大地测量技术本质是“多站”，以几何实力优势，参考通过基于网络的定位，得到基准面稳定性（和冗余度）。目前这样的CORS网络系统已经在全球部署开来，在地球动力学被应用，目前监测项目日本和南加州哪里有显著构造运动（同上，2002）。

在欧洲，许多其他国家也相继建立了全国主动控制的卫星系统，由专门收集数据测绘CORS的应用程序。在澳大利亚，全州CORS——网维多利亚的GPSNet，也致力于CORS应用服务。直到最近，它们对这些CORS网络的改善做出了很多贡献，来避免GPS测量师来操作两个接收机需要测量效率：thereference接收机和用户接收机。他们没有以最优的方式去解决单基站定位（实时或任务后）中的距离限制问题。同样，在WADGPS/ WAAS技术中应用基于伪距的定位技术，在GPS大地测量学工程中具有超高精度测量精度，必定会在地球科学得到广泛应用应用。

1.2基于网络的定位

载波相位技术是基于GPS测量的研究如何利用的发展和大地测量全球导航克服距离限制的技术。在高生产率的定位工作中，运动学GPS测量技术是很适用的，原因就是运动学GPS测量技术的优点在基于网络的系统实现时RTK或CORS网络融合性更好（LACHAPELLE等人，2002）。

多年来，CORS网络都支持的大地测量（例如，多工位测量技术）的处理。通常情况下，用户都是通过基于Web的服务完成从基准接收机接收数据，如AUSPOS（http://www.auslig.gov.au/geodesy/sgc/wwwgps/），这需要用户上传他们的数据到网络的发送机，随后发送所述坐标结果给用户。 AUSPOS（和
类似的服务）并不是一个实时服务，双频用户接收机目前仅支持静态定位几个小时或稍微更长时间。 GPS测量人员使用这些线处理服务技术建立高阶大地测量控制网，但这些服务不适合高生产率的工兵型的测量工程。和AUSPOS类似的服务依赖由国际GPS服务（http://igscb.jpl.nasa.gov）收集和存档数据。因此接收器之间的距离是千米的数百倍（甚至数千倍）。该澳大利亚GPS区域网络（http://www.auslig.gov.au/geodesy/argn）是一个稀疏网络增强了IGS全球网络后得到的CORS系统的范例，他可以提供数据给网络的发动机如AUSPOS。

为了解决大地测量/地球动力学等其他应用程序所面临的问题，许多国家（甚至美国国家内）已经建立了收集用户数据而且可以访问和处理自身数据的CORS网。这是一个重要的变革，因为这样的网络只提供“被动”的服务，如RINEX格式的测量文件数据的下载。在 “大地”CORS网络中，用户需要操作的只有一个GPS接收器。然而，因为调查用户必须利用的处理数据的软件通常由提供GPS制造商，快速GPS测量技术的使用（例如，运动，快速静态，“走走停停”，等等 - Rizos，2002年），用户接收和最近之间的距离参考接收机必须小于推荐GPS测量的最大距离。这至少要用到大于10km非常快速AR，通常采用的是20-30km的快速静电技术。

香港GPS网（中国，2002年）是CORS网络与基站的密度建设应用的典型示例，用户总可以处在参考接收器的10公里范围以内。另一方面，悉尼全州的GPSNet（http://www.land.vic.gov.au/GPSnet/）成立于维多利亚州，是一个典型的 “被动”CORS网络的例子，以五十公里到一百公里作为基站的间距。 为了升级这种实时操作的CORS网络需要建立一个完善网络RTK系统。

一些欧洲国家已经升级了他们的CORS网络和基础设施。在一些
特殊情况下，例如在丹麦，这些地区的基站的密度很高，间距在10-20km的顺序站，也能够使用标准的单基的RTK技术（莱卡，2003年，个人通讯）。在德国，卫星定位网络（SAPOS）（埃尔斯纳，1996年）已经升级，近年来，提供跨所有德语网络RTK服务状态。这是一个模型，但是可能被随后的其他“被动”CORS网络所取代。

2.网路RTK

网络RTK是不断改革的GPS定位的必然催生的定位技术，该技术克服了单基站RTK的电流的限制的问题，如果10千米以内有基站存在的话，就可以达到最高的测量精度。

2.1网络 - RTK概念

网络RTK是厘米级高精度，实时的，载波相位为基础的定位技术能够在跨受试者工作距离可达几十公里的有等效的性能当前单碱基的RTK系统。最关键的特点那必须保留当代RTK技术是非常迅速的时候AR，测以秒为单位。因此，该基站必须以足够密集图案被部署到模型距离依赖性误差这样的精度残余双重差分载波相位可观察到的错误可以在这种快速的AR的上下文被忽略（Rizos，2002年b）。

网络RTK需要的数据处理与能力的“引擎”来解决整数静态参考接收机组成CORS网络之间的歧义。该“引擎”必须能够处理来自接收器的双重差分数据50-100km分开，实时操作，瞬间在仰角截止所有卫星角下降到一个几度（即使在高噪声的数据易受更高的多径
骚乱）。然后，网络RTK校正的消息可以产生。

除了上述数据处理引擎，网络RTK系统需要有一个数据管理系统和数据通信系统。它需要管理的更正实时产生，所述原始测量数据，对于每个参考多径模板站（多径缓解），超快速轨道IGS等方面有两个方面的数据通信系统：（a）该主控制站（MCS之间 - 其中数据处理引擎和数据存档的位置）和各个基准站，和（b）MCS和用户之间的通信。从网络RTK实施点来看，有三种可能的体系结构（Rizos，2002年b）：

（1）生成虚拟的参考站和它的更正，

（2）边纠正的生成和广播模型，

（3）从所有参考站的广播的原始数据。

2.1.1虚拟参考站（VRS）：
bull;在MCS服务器，在VRS可以生成与RTCM20/21消息创建和一旦服务器用户的位置传送。
bull;有从漫游用户没有进一步的要求，如果流动站支持RTCM20/21格式，不同之处在于，用户需要把它们的位置发送给服务器。
bull;需要双向communicationis，与该用户，通知他们在哪里的服务器，和服务器连续地发送数据给用户用于RTK应用。
bull;有关于用户同时访问VRS的数量一定的局限性服务由于服务器容量。
bull;这个配置已经在他们的商业产品使用过的Trimble/ Terrasat，天宝虚拟参考站（Vollath等，2000）。

2.1.2面积修正模型广播：
bull;在MCS服务器，更正，如分散和非分散大气对于每个卫星在每个参考校正项或载波相位测量残差站，将使用来自CORS网络数据生成。
bull;的校正可被用于产生在用户端的内插模型或在VRS。校正生成算法可以不同。
bull;单向通信就足够了。
bull;有关于用户的数量没有限制。
bull;这需要一个新的数据格式，和发送的数据量是比在更箱单参考站。
bull;这种配置已被提议作为徕卡和网络RTK RTCM格式地理 ，并将在RTCM版本3（中国，2003年实施，个人通讯）。

2.1.3原始数据传播：
bull;广播原始测量无论从（CMR或RTCM18/19消息格式）MCS服务器或从多个参考站个别。
bull;生成VRS或更正，在用户现场，经过计算转移到用户。
bull;这需要一个新的数据格式。
bull;单向通信就足够了。
bull;有关于用户的数量没有限制。

每种类型的数据传播方式的利弊的讨论已经超出了预料的范围。需要进行测试，以确定最适合的网络服务处理的应用程序数据传播类型。

2.2新加坡集成多参考站网（SIMRSN）
由于复杂性和参与成本（通常介于$ 30- $50000张站）建立CORS网络，数据链路，并在数据处理/管理服务器在MCS，已经有相对较少的大学为基础的网络RTK系统建立支持研究。在过去的几年中，以最佳的作者知识，只有新加坡集成多参考站网（SIMRSN）一直经营既是一个研究设施，并为一个操作网络RTK服务GPS测量师的利益。该SIMRSN是勘测之间的联合研发举措制图实验室，新加坡南洋理工大学（NTU），新加坡;卫星导航定位组在新南威尔士大学（UNSW）;和新加坡土地管理局（目前主要的用户）（Chen等，2000）。

该SIMRSN由五个连续运行参考接收机（跟踪卫星一个24 / 7的基础上），通过专用的ISDN数据线到MCS台大相连。它是一种高质量和多功能网络旨在服务的实时精确的各种需定位，如勘测，土木工程，精确导航，道路收费等。（陈等人，2000）。该SIMRSN同时服务离线用户，谁可以访问归档数据RINEX通过因特网的文件。的接收器间的距离是几十的量级顶多公里。然而，在2001年进行的试验表明，即使是与网络这样比较短基线模型中的电离层扰动有困难在11年的太阳黑子周期的最后一个太阳高峰期赤道地区（Hu等
人，2002年）。因此独特的设施，如SIMRSN可以作为测试平台网络RTK基于定位技术。一个网络的SIMRSN模型既是研究设备和用户的运营网络服务被采纳了建议的网络在新南威尔士州的悉尼市区GPS参考站。

3. SYDNET CORS网

笔者认为，在未来几年内许多周围的被动CORS网世界将升级为网络RTK能力。该SydNet CORS网将基于网络的定位能力建立网络RTK。

该SydNet项目由地政总署的新南威尔士州教育部（DOL）作为赞助州政府基础设施的积极性。地政总署的新南威尔士州教育部一直活跃在使用全球定位系统对各种测绘应用了十多年（Kinlyside，1999，1995，1993）。一个网络RTK系统，为国家的发展最大的省会城市是该组织的前任和现任的自然和合乎逻辑的延伸参与的测量和大地测量GPS应用。通过向SydNet承诺新南威尔士州DOL是中期之一，并预计接收机的硬件将成为升级后对十年末来追踪新科GPS信号以及信号但将要推出的伽利略全球导航卫星系统。

UNSW将成为主要供应商和承包商的发展：

bull;最初SydNet将只服务于悉尼盆地区域（大约面积100x100km），但它是计划扩张随时间以覆盖在新南威尔士州其他地区。
bull;在项目的第一阶段，SydNet将实施SIMRSN网络RTK算法支持VRS型网络RTK，并提供RINEX数据的离线服务下载。
bull;系统的用户测试计划于2004年初。
bull;SydNet将是合作研究中心的一个重要研究设施空间信息（http://www.s

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