Real Time Kinematic (RTK, ) — совокупность приёмов и методов получения плановых координат и высот точек местности сантиметровой точности с помощью спутниковой системы навигации посредством получения поправок с базовой станции, принимаемых аппаратурой пользователя во время съёмки. Является одним из методов DGPS.
Принцип работы Радиосигнал со спутника при передаче подвергается различным искажениям. Выделяют три основных причины искажения сигнала: атмосферные неоднородности (ионосферные и тропосферные основные из них), помехи от стационарных и подвижных объектов, а также переотражение сигнала или многолучевость. С помощью GNSS-сигналов можно определить положение приёмника на поверхности Земли с дециметровой точностью. Однако из-за искажений без применения специального оборудования реальная точность позиционирования обычно измеряется в метрах или десятках метров (в зависимости от широты, количества видимых спутников и других условий). Искажения могут быть существенно уменьшены с помощью дополнительной наземной инфраструктуры — систем дифференциальной коррекции.
Для получения поправок используются Измерения фазы несущей GNSS-сигналов одновременно на двух GNSS-приёмниках. Координаты одного из приёмников (базового, неподвижного) должны быть точно определены (например, он может быть установлен на пункте государственной геодезической сети); он передает по каналу связи (радиомодем, gsm-модем, интернет и др.) набор данных, называемых поправками. Поправки, полученные станцией, и спутниковый сигнал обрабатывается ПО в соответствии с программными алгоритмами и накопленной статистикой спутниковых эфемерид. После чего на второй приемник (подвижный, «ровер») с базовой станции передается дифференциальная поправка, уточняющая спутниковый сигнал.
Ровер может воспользоваться этими данными для точного определения местоположения (до 1 см в плане (1 cm + 1 ppm) и 2 см по высоте) на расстояниях до 30 км от базового приёмника. Для передачи поправок используются радиомодемы, интернет и так далее. В настоящее время метод RTK используется на частотах L1, L2.
Полевые базовые станции передают сигналы DGPS обычно через УКВ-радиомодем или через операторов сотовой связи. При использовании радиосигналов метрового диапазона холмистая и горная местность обычно не влияет на приём сигнала. Однако сигналы не доходят до глубоких каньонов, расположенных далеко от базовых станции и в сильно залесённой местности. А так же ограничивается наличием вышек сотовой связи, в случае использования GSM-модема.
Формат передачи поправок
RTCM Поправки могут передаваться в формате RTCM SC-104 (коды сообщений 3, 18-21, 32, 1003—1008), CMR и CMR+, RTCA, ATOM. Требуемая скорость передачи — 2400 бит/с и более, задержка передачи — не более 0,5—2 секунд. Для обычного DGPS достаточно было скоростей 200 бит/с и задержек до 10 с, для потоков информации в формате SSR требуется гораздо больше.
Начиная с версии 3.0 стандарт RTCM SC-104 включает возможность передачи RTK-поправок для системы ГЛОНАСС.. Версии 2.3 и последующие 3.х не совместимы, поэтому существуют параллельно.
Версии 3.1 поддерживает различные форматы данных базовых станций RTK-Network (VRS, FKP и MAC), а также SSR-сообщения (точные эфемериды и параметры ухода часов).
В версии 3.2 (февраль 2013) добавляется сообщения Множественных Сигналов (Multiple Signal Messages (MSM)). Формат MSM позволяет приемнику использовать все спутниковые системы. Сообщения включают компактные и полные сообщения для псевдодальностей, фазовых измерений, отношения несущей (сигнала) к шуму (стандартное и высокое разрешение), частоту фазовых измерений.
В октябре 2016 года вышла версия RTCM 3.3 (обозначение RTCM 10403.3) в которой к принятым сообщениям для систем GPS, ГЛОНАСС, Galileo и QZSS добавлено BeiDou (BDS), а также объединены все предыдущие дополнения версий 3.х.
Форматы RTCM Традиционно подразделяются на две категории: Observation State Representation (OSR) и State Space Representation (SSR) Эти группы используют различные методы, механизмы доставки и основные технологии для решения одной и той же проблемы.
Trimble Compact Measurement Record (CMR) — достаточно старый формат, он содержит информацию только от спутников GPS L1/L2. Разработан Trimble в 1992, как метод передачи данных кодовой и несущей фазовой коррекции в компактном формате от базовых станций GPS к GPS-роверам для съемки RTK GPS.
CMR+ — второе поколение CMR Trimble. Он имеет более компактную структуру сообщений, чем CMR. GPS-часть этого протокола изначально была собственностью Trimble, но позже была открыта и стала широко используемым стандартом.
CMRx был разработан в 2009 году для поддержки претерпевших значительные изменения созвездий GNSS. Цель CMRx состояла в том, чтобы улучшить время инициализации, охватить дополнительные созвездия ядра GNSS, иметь дело с новыми сигналами GNSS и улучшить производительность в городских условиях и c «закрытым небом»..
RTX — собственный формат Trimble, который использует спутники связи для передачи данных коррекции RTK на ровер, а не наземные радиостанции или сотовые сети. Поток данных фактически является данными коррекции CMRх. Улучшенное сжатие данных CMRх чрезвычайно важно для спутниковой системы, поскольку пропускная способность на спутнике довольно дорогая. Как и в случае с CMRх, это доступно только на приемниках Trimble..
RTCA Technical Commission for Aeronautics (RTCA) — формат разработанный Радиотехнической комиссией по аэронавтике США.
John Deere NCT — собственный формат данных коррекции компании John Deere. В 1999 году, когда точное сельское хозяйство только начало развиваться, John Deere приобрела производителя GNSS NavCom. Сегодня компания производит приемники как для сельского хозяйства, так и для других отраслей промышленности. Формат является аутентичным и поддерживается только приемники John Deere..
Конфигурации транслирующих источников
Single Base RTK Single Base RTK () — базовая станция работающая в режиме RTK состоящая из 1 опорного приемника, микропроцессора и радио модема на УКВ. Может быть мобильной для целей геодезии и в редчайших случаях стационарной для целей навигации. Охват ограничивается локальными территориями до 40 км, от одиночной станции. По мере увеличения расстояния от базы — уменьшенная способность разрешать неоднозначности, что влияет на точность определения положения подвижного ровера. Точность достигает в плане: 0.01 m +/-0.5 ppm, и по вертикали: 0.02 m +/-1.0 ppm. Или 12 мм в плане и 60 мм по высоте, на максимальном удалении от базы.
Network RTK Network RTK или Multiple reference station () — Математическая модель конфигурации объединяющей в сеть 2 и более опорных GNSS-приемников (ОП), соединенных через линии связи (IP-адрес (интернет) или линии сотовой связи формата GSM) в единый комплекс. Опорные приемники непрерывно передают свои индивидуальные спутниковые наблюдения на сервер. Программное обеспечение сети точно разрешает неоднозначности спутников, которые наблюдаются опорными приемниками (ОП). Максимальное расстояние между OП не более 70 км друг от друга.
Концепция RTK-Network применяется при создании Систем Дифференциальной коррекции в 2-х вариантах: геодезические системы СТП (Система Точного Позиционирования) и Контрольно-корректирующая станция (ККС) для навигационных систем. Обе конфигурации предполагают наличие центрального сервера (мощного процессора) для вычисления поправок и линий связи для сбора информации. Концепция RTK-Network позволяет моделировать (ожидать) основные ошибки на различных по площади областях с различным качеством (точностью).
Контрольно-корректирующая станция (ККС)
Контрольно-корректирующие станции или станции сбора измерений, представляющие собой комплекс высокоточной навигационной аппаратуры, спроектированный в избыточной конфигурации. Традиционно ККС содержит 2 и более опорных станции установленные в точках с известными координатами, что гарантирует надежность и автономность в случае сбоев и достоверность собираемой информации.
Системы точного позиционирования Системы точного позиционирования, состоящие из референцных станций, представляют собой единую сеть. Данные, получаемые со станций, стекаются в вычислительный центр, включающий как соответствующие аппаратные, так и программные средства. Средства связи референцных станций обеспечивают постоянную передачу в вычислительный центр данных, которые автоматически архивируются и преобразовываются в формат RINEX. После формирования дифференциальных поправок средства связи вычислительного центра транслируют их авторизированным пользователям, работающим в режиме RTK. Такие системы развернуты в Германии, Швейцарии, Нидерландах, Франции, Дании, Швеции.. На территории России полностью охвачены Москва и Московская область, Санкт-Петербург и Ленинградская область, Свердловская и Самарская области. г. Севастополь и Калининград (с областью). 90 % покрытие имеют — Краснодарский край, республики Крым, Татарстан, Удмуртия и Чувашия, Омская и Воронежская, Курганская и Ростовская области. На 2019 год в России были представлены более 6 крупных компаний предлагающие услуги СТП (RTK-Net, PrinNet, Тopnet, SmartNet, eft-cors,ССТП БТИ) использующие оборудование различных фирм. Сети конкурируют и взаимодействуют на паритетных основах.
Методы вычисления поправок в сетевых решениях (Network RTK) Сегодня, RTK сети, реализуют различные методы для создания точной корректировки, такие как, MAX и i-MAX, VRS или VBS и FKP
MAX и i-MAX MAX и i-MAX () Метод базируется на одноименной концепции МАС (Master Auxiliary Concept), предложенной совместно фирмами Leica Geosystems и Geo++ в 2001 г. Индивидуальные MAX (i-MAX) был разработан, чтобы поддержать старые приемники, которые не могут принимать поправок типа MAX.
Концепция заключается в корректировке координат ровера через ближайшую (условно главную мастер-станцию). Такая концепция позволяет роверу проявлять большую гибкость — ровер может всегда отслеживать RTK решение и менять свои расчёты в процессе движения.
Информация о поправках собирается с сети (нескольких завязанных на один сервер базовых станций) обрабатывается специализированным ПО, передается пользователю. Таким образом поправки MAX и i-MAX связывают базовый приемник с ровером и линия может быть измерена повторно.
VRS или VBS VRS () или VBS() — Метод виртуальной базовой станции разработан компанией Terrasat в конце 1990 годов. Данный метод также как и методы МАХ формирует поправки, симулируя RTK в режиме одиночной базовой станции — ровер передает на сервер приближенные координаты собственного положения (GGA сообщение), сервер автоматически генерирует условную (виртуальную) базу на расстоянии 10-15 метров от ровера, задав весовую оценку для каждой референц-станции как функцию расстояния до области работ (приемника принимающего поправки). Затем, с помощью специализированного ПО, запускается режим генерации поправок от виртуальной станции. Ровер начинает работу уже от виртуальной станции. В результате, получается один набор дифференциальных поправок, оптимизированный для данного района работ. Что не гарантирует единство измерений, а неоднократная генерация базовых станций посредством включения/выключения ровера приводит к скачкам положения. Однако VRS, позволяет достигать субсантиметровой точности на относительно больших расстояниях — 50-70 км в реальном времени, в равномерной по всей площади сети.
Преимущества VRS или VBS.
VBS обеспечивает высокую точность определения координат для больших областей VBS является очень надёжной системой, не зависящей от одной референц-станции Отсутствие «скачков» позиционирования при переключении от одной референц-станции к другой (при постоянно включенном приемнике).
FKP