BackgroundEdit
Die Entfernung zwischen einem Satellitennavigationsempfänger und einem Satelliten kann anhand der Zeit berechnet werden, die ein Signal für den Weg vom Satelliten zum Empfänger benötigt. Um die Verzögerung zu berechnen, muss der Empfänger eine im Signal enthaltene pseudozufällige Binärsequenz mit einer intern erzeugten pseudozufälligen Binärsequenz abgleichen. Da das Satellitensignal Zeit braucht, um den Empfänger zu erreichen, ist die Sequenz des Satelliten gegenüber der Sequenz des Empfängers verzögert. Indem die Sequenz des Empfängers zunehmend verzögert wird, werden die beiden Sequenzen schließlich aufeinander abgestimmt.
Die Genauigkeit der resultierenden Entfernungsmessung hängt im Wesentlichen von der Fähigkeit der Empfängerelektronik ab, die Signale des Satelliten genau zu verarbeiten, sowie von zusätzlichen Fehlerquellen wie nicht gemilderten ionosphärischen und troposphärischen Verzögerungen, Mehrwegeffekten, Satellitenuhr- und Ephemeridenfehlern usw.
TrägerphasenverfolgungEdit
RTK folgt demselben allgemeinen Konzept, verwendet aber die Trägerwelle des Satellitensignals als Signal und ignoriert die darin enthaltenen Informationen. RTK verwendet eine feste Basisstation und einen Rover, um den Positionsfehler des Rovers zu reduzieren. Die Basisstation überträgt Korrekturdaten an den Rover.
Wie im vorigen Abschnitt beschrieben, wird die Entfernung zu einem Satelliten im Wesentlichen durch Multiplikation der Trägerwellenlänge mit der Anzahl ganzer Zyklen zwischen dem Satelliten und dem Rover und durch Addition der Phasendifferenz berechnet. Die Bestimmung der Anzahl der Zyklen ist nicht trivial, da die Signale um einen oder mehrere Zyklen in der Phase verschoben sein können. Dies führt zu einem Fehler, der gleich dem Fehler in der geschätzten Anzahl der Zyklen mal der Wellenlänge ist, die für das L1-Signal 19 cm beträgt. Die Lösung dieses so genannten Problems der ganzzahligen Mehrdeutigkeitssuche führt zu einer Genauigkeit im Zentimeterbereich. Der Fehler kann mit ausgefeilten statistischen Methoden reduziert werden, die die Messungen der C/A-Signale und die sich daraus ergebenden Reichweiten zwischen mehreren Satelliten vergleichen.
Die mit dieser Technik mögliche Verbesserung ist potenziell sehr hoch, wenn man weiterhin von einer Genauigkeit von 1 % bei der Verriegelung ausgeht. Im Falle von GPS beispielsweise ändert der Groberfassungscode (C/A), der im L1-Signal ausgestrahlt wird, die Phase bei 1,023 MHz, aber der L1-Träger selbst hat eine Frequenz von 1575,42 MHz, die die Phase mehr als tausend Mal häufiger ändert. Ein Fehler von ±1 % bei der Messung der L1-Trägerphase entspricht daher einem Fehler von ±1,9 mm bei der Schätzung der Basislinie.
Praktische ÜberlegungenBearbeiten
In der Praxis verwenden RTK-Systeme einen einzigen Basisstationsempfänger und eine Reihe von mobilen Einheiten. Die Basisstation sendet die Phase des von ihr beobachteten Trägers aus, und die mobilen Einheiten vergleichen ihre eigenen Phasenmessungen mit der von der Basisstation empfangenen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, ein Korrektursignal von der Basisstation zur Mobilstation zu übertragen. Die gängigste Methode für eine kostengünstige Signalübertragung in Echtzeit ist die Verwendung eines Funkmodems, in der Regel im UHF-Band. In den meisten Ländern sind bestimmte Frequenzen speziell für RTK-Zwecke zugewiesen. Die meisten Landvermessungsgeräte verfügen standardmäßig über ein eingebautes Funkmodem im UHF-Band. RTK verbessert die Genauigkeit bis zu einer Entfernung von etwa 20 km von der Basisstation.
Damit können die Geräte ihre relative Position mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern berechnen, obwohl ihre absolute Position nur so genau ist wie die berechnete Position der Basisstation. Die typische Nenngenauigkeit für diese Systeme beträgt horizontal 1 Zentimeter ± 2 ppm und vertikal 2 Zentimeter ± 2 ppm.
Obwohl diese Parameter die Nützlichkeit der RTK-Technik für die allgemeine Navigation einschränken, ist die Technik für Aufgaben wie die Vermessung perfekt geeignet. In diesem Fall befindet sich die Basisstation an einem bekannten vermessenen Ort, oft einem Referenzpunkt, und die mobilen Einheiten können dann eine hochgenaue Karte erstellen, indem sie Fixpunkte relativ zu diesem Punkt nehmen. RTK wird auch in Autodrive/Autopilot-Systemen, in der Präzisionslandwirtschaft, in Maschinensteuerungssystemen und ähnlichen Bereichen eingesetzt.
Die RTK-Netze dehnen den Einsatz von RTK auf ein größeres Gebiet mit einem Netz von Referenzstationen aus. Betriebszuverlässigkeit und Genauigkeit hängen von der Dichte und den Fähigkeiten des Referenzstationsnetzes ab.