Trimble RTX 技術綜述

徐以廳，宋濟宇

(天寶寰宇電子產(chǎn)品(上海)有限公司，上海 200131)

一、Trimble RTX 技術簡介

Trimble RTX(Real-Time eXtended)實時差分擴展技術是Trimble新近開發(fā)的一種定位技術，它把多種創(chuàng)新技術結(jié)合在一起，使用戶能在地球表面或靠近地球表面的任何地方進行厘米級實時定位，能夠在不采用基準站、電臺或網(wǎng)絡參考站鏈接的情況下，實現(xiàn)從亞米到厘米精度的GNSS 定位服務。

這種新定位技術以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、時鐘和系統(tǒng)偏差)作為基礎，總體系統(tǒng)基本架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 Trimble RTX 定位技術基本架構(gòu)

從遍布全球的控制站得到的GNSS 原始數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至各個數(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)部的處理服務器之間自動切換。在處理中心內(nèi)部，冗余通信服務器用于把GNSS 網(wǎng)絡觀測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)處理服務器。這些服務器主管著GNSS 網(wǎng)絡處理器，而網(wǎng)絡處理器的任務是計算精確的軌道、衛(wèi)星時鐘和系統(tǒng)模型誤差，用于全球任何位置的GNSS 差分改正。

網(wǎng)絡處理器產(chǎn)生的精確衛(wèi)星差分數(shù)據(jù)以CMRx 格式進行數(shù)據(jù)壓縮，CMRx 是為了采用更高壓縮比傳輸衛(wèi)星差分數(shù)據(jù)以支持RTK 定位、Trimble RTX 和Trimble xFill 而專門開發(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)接脩舳恕，F(xiàn)在的Trimble RTX 跟蹤網(wǎng)絡大約包含100個分布于全球的GNSS 控制站，如圖2 所示。

圖2 Trimble RTX 跟蹤網(wǎng)絡分布圖

二、Trimble RTX誤差模型

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

雖然Trimble RTX 技術采用的方式與傳統(tǒng)差分RTK 的方式相當不同，但是，由于它們處理的是相同來源的誤差，如在進行RTK測量時，一旦無線電鏈路中斷，數(shù)據(jù)只能從流動站獲得，衛(wèi)星時鐘、軌道和測量偏差這些在標準RTK 處理中所需要的數(shù)據(jù)將被模型化并作為Trimble 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站測量數(shù)據(jù)時被恰當使用。為Trimble RTX系統(tǒng)特別制訂的運算規(guī)則將用于處理大氣誤差，把任何殘差減少到高精度GNSS 定位應用所能接受的程度。

Trimble RTX 數(shù)據(jù)處理提供衛(wèi)星觀測數(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源不是針對參考接收機所經(jīng)歷的相似誤差而消除的,但是Trimble RTX 處理器(如圖1 所示)運算規(guī)則所提供的質(zhì)量相當高，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)量相當于傳統(tǒng)差分RTK 的質(zhì)量。

三、Trimble RTX服務和應用

1. Trimble CenterPoint RTX 修正服務

Trimble RTX 是一個高精度、低收斂時間的精密單點定位(PPP)系統(tǒng)，它不需要 RTK 基站或 VRS 網(wǎng)，就能夠?qū)崟r提供厘米級的定位精度。對于基于陸地的改正信號不可用的空曠區(qū)域，可以用衛(wèi)星提供的 CenterPoint RTX 改正進行測量。當在偏遠地區(qū)跨越很大距離進行測量時，如管線或基本民用設施，CenterPoint RTX 消除了不斷移動基站或始終保持連接蜂窩移動網(wǎng)的需要。在經(jīng)過30 min收斂時間后，RTX能夠達到3.8 cm的精度，它無需基準站或其他基礎設施，采用衛(wèi)星 L 波段和 IP 播發(fā)，實現(xiàn)全球覆蓋。

2. Trimble xFill斷點續(xù)測技術

Trimble xFill 斷點續(xù)測技術是由Trimble 開發(fā)的一種新技術，能使RTK 用戶從Trimble RTX L 波段的衛(wèi)星服務中受益。通過對GNSS 基本誤差(如衛(wèi)星軌道、時鐘和系統(tǒng)偏差)的高級模型化和估算，使采用傳統(tǒng)方法處理的差分RTK 性能得到增強。

Trimble xFill 首先應用于Trimble R10 GNSS 智能接收機，使Trimble R10 接收機能夠有效地應對無線電或互聯(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。它在長達數(shù)分鐘的連接中斷期間，能夠無縫地提供不間斷定位，并且保持測量級精度。Trimble xFill 自動激活時沒有延遲，對于要求不嚴格的應用，還有可能延長Trimble xFill 測量周期。在許多外業(yè)環(huán)境中偶發(fā)的無線電接收中斷問題將不再對外業(yè)工作造成不良影響，可實現(xiàn)最短停機時間和最大生產(chǎn)效率(如圖3所示)。

圖3 使用Trimble xFill 的Trimble R10 接收機的預期表現(xiàn)