着卫星导航技术的飞速发展,高精度定位已经渗透到测绘、航海、农机、无人驾驶等众多领域。作为实现高精度定位的两大利器,GNSS接收机和RTK系统常常被提及。它们究竟有何不同?各自又有哪些优势?本文将为您全面解析二者的技术原理和应用场景,帮助您选择最适合的高精度定位方案。

一、追本溯源:从GNSS说起

要理解GNSS接收机和RTK的区别,我们需要先了解一下GNSS的基本概念。GNSS即全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)的缩写,是一种利用卫星提供全天候、全球性的导航和定位服务的系统。目前投入使用的GNSS系统主要有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗。
GNSS的工作原理是利用卫星broadcast的导航电文,结合接收机测得的卫星信号传播时间,通过空间距离交会的方法确定接收机天线的位置。一般来说,只要同时观测到4颗以上的GNSS卫星,就可以解算出接收机的三维坐标和接收机钟差。
但是,由于卫星轨道误差、卫星钟差、电离层和对流层延迟等因素的影响,单纯依靠GNSS接收机得到的定位精度较低,水平精度一般在5-10米左右。这虽然可以满足车载导航等应用的需求,但对于测量、控制等领域而言,还远远不够。

二、厘清关系:GNSS接收机vs RTK

为了进一步提高GNSS定位的精度,业界发展出了多种增强技术,其中最为常见的就是差分定位技术。RTK就是差分GPS技术的一种实现方式,其英文全称为Real-time Kinematic,即实时动态载波相位差分技术。
与单点定位不同,RTK系统由基准站和流动站两部分组成。基准站通常选在坐标已知的点上,配备一台高精度的GNSS接收机和数传电台。流动站则由用户手持或背负,同样配备一台GNSS接收机和数传电台。
基准站接收机不断接收卫星信号,并将观测数据(包括载波相位、伪距等)通过数传电台发送给流动站。流动站接收机在接收卫星信号的同时,还接收来自基准站的观测数据和坐标。通过差分算法,流动站可以解算出自身相对于基准站的精确坐标,从而实现厘米级的定位精度。
由此可见,RTK系统实际上是由两台GNSS接收机组成的。它在GNSS接收机的基础上,增加了数据传输和差分解算的功能,因此可以视为GNSS接收机的一种延伸和拓展。

三、比较优劣:因地制宜选方案

对比GNSS接收机和RTK系统的特点,我们可以发现二者各有优势:
成本方面:单独的GNSS接收机价格较为低廉,一般在几百到几千元不等。而RTK系统由于需要两台高精度接收机和数传电台,成本要高出几倍到几十倍。
精度方面:单独的GNSS接收机受限于各种误差源的影响,定位精度一般在米级。而RTK系统通过差分技术可以消除大部分的公共误差,定位精度可以达到厘米级。
作业方面:单独的GNSS接收机操作简单,只需对准天空接收卫星信号即可,不受作业半径的限制。而RTK系统需要在作业现场架设基准站,受到基准站和流动站之间通讯距离的限制,作业半径一般在10-20公里以内。
应用方面:对于导航类的应用,如车载导航、手机地图等,米级的定位精度已经够用,使用单独的GNSS接收机即可满足需求。而对于测量、放样、机械控制等应用,则必须使用RTK系统才能达到厘米级的定位精度。
因此,选择使用GNSS接收机还是RTK系统,需要根据具体的应用场景和精度要求而定。我们在方案设计时,应当全面权衡性能、成本、操作等因素,因地制宜地选择最优的技术路线。

四、放眼未来:技术变革和融合

展望未来,GNSS接收机和RTK技术还将持续演进,不断突破当前的局限,为更广泛的应用场景提供服务。一方面,随着多星座、多频点的GNSS系统建设完善,卫星可用性和定位精度将进一步提升。另一方面,随着通讯技术的发展,RTK系统的作业范围将不再受限于无线电台,而是可以利用移动通信网络实现远程差分定位。
更重要的是,GNSS接收机与RTK系统并非是相互割裂的。随着技术的进步,二者的边界正变得越来越模糊。一些高端的GNSS接收机开始集成板卡式的RTK模块,使得用户可以根据需要灵活地选择单点定位或者差分定位。一些低成本的RTK系统也通过算法优化和器件选型,使得价格变得更加亲民。总之,GNSS接收机和RTK系统将会加速融合,为高精度定位应用提供一站式的解决方案。