GPS、RTK、PPK三种定位技术的原理及应用

GPS、RTK、PPK三种定位技术的原理及应用

1. GPS技术

一、原理

我之前做过集成GPS功能的产品，但对于这类不以定位为主要功能的产品，没有精度要求。 比如我只是用它来获取当前小区的位置，普通的GPS模块就可以满足要求。 理论上，四颗以上的卫星就可以实现定位。

我们的GPS产品只要集成卫星接收芯片就可以获取定位信息。

2、缺点

卫星定位存在以下误差：

正是因为这一系列的误差，导致GPS的定位精度只能达到米级。

2、RTK技术

一、原理

RTK是差分定位（分离误差）。 在GPS的基础上，建立地面基站。 地面基站获取卫星定位并与真实位置进行比较（因为基站是固定的，所以位置是绝对的），计算出GPS定位误差。 并且当前的误差通过GPRS发送到移动站，移动站将利用该误差来修正从卫星获得的定位。

说得简洁明了，我们需要两个东西：GPRS和基站。 GPRS需要SIM卡，通过三大运营商连接到基站； 基站可以自己架设，有点麻烦，但是可控，也可以租用。 著名的RTK基站服务商有千寻定位【】等。 目前有很多RTK模块都支持使用千寻作为基站，并且模块本身是移动站和基站两用的。 流动站与基站之间的距离不能超过10km-15km。

2、产品选型介绍

目前市场上的 RTK 基本上分为三种类型：

3.硬件接口及说明

以高科RTK模块为例。 其他厂家也类似。 硬件有四个天线接口，分别是GNSS1、GNSS2、GPRS、Radio和两个COM端口。

(1) 单频信号和双频信号(GNSS1、GNSS2)

GPS卫星信号分为L1和L2，频率分别为1575.42MHZ和L2。 接收信号是单频还是双频取决于RTK模块。 双频机通过接收两组不同频率的卫星信号，可以有效消除电离层误差。 与单频机相比，双频机可以提​​供更快、更准确、更可靠的解决方案，但价格相对昂贵。

(2) 天线（GPS、GPRS）

(3) 收音机

我以前从未使用过这个收音机功能，使用后我会解释它。

(4)模式

目前的RTK模块大多支持多模卫星信号，可以同时接收GPS、北斗、伽利略的卫星。

（5）串口（COM1、COM2）

一般用于配置设备和读取数据

4.数据采集及二次开发

(1)串口输出报文

我们通常通过ttl或者485串口连接GPS模块来读取GPS报文并做相应的本地开发。 大多数参数可以从[GPS信息]中读取以确定定位状态。 格式如下：

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<CR><LF>

UTC 时间，.sss（小时、分钟和秒）格式

纬度 ddmm.mmmm（度和分）格式（前导 0 也会被传输）

纬度半球 N（北半球）或 S（南半球）

经度 dddmm.mmmm（度和分）格式（前导 0 也会传输）

半球经度 E（东经）或 W（西经）

GPS状态：0=未定位、1=非差分定位、2=差分定位、4=固定解、5=浮动解、6=估计； 当GPS状态达到4时，为最佳状态，5为次佳状态

当前使用解位置的卫星数量（00~N）（前面的0也会被发送）

HDOP水平精度系数（0.5~99.9）

海拔高度（-9999.9~99999.9）

地球椭球体相对于大地水准面的高度

差分时间（距离上次收到差分信号的秒数，如果不是差分定位则为空）

差分站ID号0000~1023（前面的0也会传送，如果不是差分定位则为空）

(2)4G输出

某些 RTK 设备支持将数据包发送回服务器。 我们可以远程获取定位数据并开发相应的平台软件。

(3)端点恢复传输

4G信号可能比较差，数据无法传回。 如果实时性要求比较高，需要增加断点续传功能，即存储定位信息，信号恢复后重新发送。

五、主要生产厂家

RTK产品相对成熟的厂家中，国外以天宝为主，国内以中海达、思南、CCE、新兴通等为主。

六、注意事项

RTK模块的定位质量受多种因素影响。 如果没有达到最优解状态或者精度不理想，可以尝试以下方法：

2.PPK技术

一、原理

PPK即动态后处理技术，是RTK技术的补充。

利用基站接收机和至少一台移动接收机进行同步观测，观测卫星的载波相位； 然后利用计算机中的GPS处理软件进行线性组合，形成虚拟载波相位观测值，并确定接收机之间的厘米级相对位置； 然后进行坐标转换，得到流动站在本地坐标系中的坐标。

一般用在无人机上调整飞行姿态。

2.申请

我还没用过。 据说天宝的rtk加ppk可以达到mm级别。