远距离海上勘探定位方法

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1、68虞祖培等：远距离海上勘探定位方法2009年第4期（总第90期）远距离海上勘探定位方法虞祖培张发栋中交三航院勘察工程有限公司【提要】阐述了RBN-DGPS系统、实时动态相位差分（RTK）及GPS动态测量后处理（PPK）的工作原理，指出在采用这三种方法时需注意的事项。【关键词】RBN-DGPSRTKPPK海上勘探定位1引言随着科技的发展，海上勘探定位手段也发生了革命性的变化，卫星定位基本取代传统光学仪器定位和无线电定位，定位的精度和速度也有了数量级的提高。目前在海上勘探工程中较为常用的有二种：一是利用无线电指向标/差分全球定位系统（RBN-DGPS）定位，二是利用GPS实时动态相位差分（RTK

2、）定位。2RBN-DGPS系统RBN-DGPS即无线电指向标/差分全球定位系统（RadioBeaconDGPS）是利用无线电指向标播发DGPS修正信息向用户提供高精度服务的导航系统。RBN-DGPS基本的工作原理是建立在基准站和用户站对GPS卫星的同步同轨迹的基础上，通常认为，若基准站和用户站同步观测同一颗卫星，且基准站和用户站间隔在一定距离内（一般不超过150km），则这两种站上的观测值相应于同一卫星的同一轨道弧段，它们之间包含相同的误差。基准站实时计算卫星伪距差值（GPS自身定位伪距值与已知伪距值的差量），借助于RBN的信号调制发送功能，调制成载波差分数据改正信号，在有效范围内实时、连续地

3、发送。用户站在运动中接收差分数据改正信号，作为GPS本机定位的数据修正量，实时修正GPS自身定位的偏差。交通部设立了20个RBN-DGPS无线电指向标发射台，每个发射台的作用距离约300km，覆盖我国整个沿海地区，一套完整的RBN-DGPS系统主要由基准台、发射机、监控台和监控中心组成。基准台由两台高性能的12通道GPS接收机和两个MSK调制器组成，接收机天线安放在已知点上，通过接收到的卫星信号，计算出相对于每颗卫星的伪距修正信息，并按规定的数据格式传至调制器，调制器再将接收机传来的修正信息调制到无线电指向标载频上，以中波（283.5-325.0kHZ）发布DGPS改正信息。用户应用信标GPS

4、机进行接收RBN-DGPS信号。以LeicaMAX421B信标GPS机为例，它能自动搜索和选择邻近无线电信标台，接收其GPS2009年第4期（总第90期）华东建工勘察69差分改正数RTCMSC-104Type9电文，进行伪距差分定位。它能实时显示出所选坐标系上当前位置的大地坐标、航速和航向、离设计勘探孔位的距离，从而引导勘探船只进位。GPS卫星基准台监控中心监控台RBN-DGPS用户图1：RBN-DGPS系统原理RBN-DGPS系统精度稳定，数据链传输的质量和可靠性均达到较高的水平，数据传输的误码率很低。目前定位精度在l～10m之间，这与距发射台的远近相关，距离愈远，定位精度愈差。由于采用的是

5、伪距差分，精度很难进一步提高，而且三维坐标中高程误差是平面误差的2倍，这在某些勘探定位工作中需要较高的高程精度时，难以满足精度要求。3RTK定位技术RTK即实时动态相位差分（Real-Timekinematic）。RTK定位技术采用载波相位观测值，是一种直接应用L1和L2载波（波长分别为19cm和24cm）相位的定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度（1cm+1ppm）。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站通过数据链接收来自基准站的数据，同时采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流动站可

6、处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。70虞祖培等：远距离海上勘探定位方法2009年第4期（总第90期）RTK系统是由基准站、数据通讯链和移动站（船台）所组成，是一种自设岸台的差分GPS，它由一个基准站和若干个移动站组成。在RTK测量模式下，基准站安置在具有已知坐标值的参考点上，连续不断的跟踪观测GPS卫星，借助于数据链将站际信息发射给移动站（船台），船台在

7、观测GPS卫星的同时通过数据链接收来自基准站的数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理，瞬间提供测站点在指定坐标系中的三维定位成果，通过计算机屏幕，显示船台目前的航速、航向与设计勘探孔的距离。随着计算技术的发展，现在又实现了应用RTK技术无验潮水深测量，从而也解决了远距离海上测定勘探孔泥面高的难题。GPS卫星基准站RTK用户图2：RTK系统原理RTK测量在解算整周未知数时，需要一个近似的估值，该估