浅谈自动驾驶传感器—卫星定位和RTK技术原理

全球首个卫星导航系统由美国率先发展完成，并于随后又陆续发射多颗工作卫星组成了GPS。接着欧洲建立了伽利略导航系统、俄罗斯推出了格洛纳斯系统，并中国成功组建了北斗系统。目前全球范围内正在使用的有四个主要的卫星导航系统。当然还有其他国家如日本和印度也在研发中这些系统的覆盖范围相对较小。最初GNSS主要用于军事用途后来这一技术逐步向民用领域延伸其中军用导航系统的精度远高于民用版本。如今这类技术已广泛应用于多个领域如测绘活动管理自动驾驶技术以及城市交通调控等多方面

下面先介绍卫星定位原理。卫星定位主要基于三点定位法来解算物体的位置。每个卫星在同一时间处于不同轨道上运行。当接收装置接收到卫星信号的时间与发送时间存在差异时，根据GNSS自身接收到的时间计算出信号的发收时间差值，并将其乘以光速即可得出该卫星到接收机的距离；同理可计算出其他卫星到该接收机的距离。需要注意的是，在信号进入大气层后其传播速度不再是光速这一特性在此处仅用于说明原理。

根据前述内容可知，时间精度与时间同步精度对定位精度具有重要影响。卫星运行所需时钟设备必须达到极高的精确度。因此，在减小时间误差方面采取的措施是采用原子钟。由于原子振荡频率具有高度稳定性这一特性，在上述提到的GPS系统中无法达到厘米级精确度的基础上又增加了多种误差修正手段：首先是卫星信号传播过程中经过电离层和对流层时产生的传播路径畸变；其次是由于卫星高速运动引起的多普勒效应；此外还有多径效应、信道失活以及接收机自身产生的噪声积累等多种因素共同作用导致的结果。基于上述分析为了进一步提升整体定位系统的可靠性与准确性就需要引入实时 kinematics positioning（RTK）技术这一更先进的解决方案

Real Time Kinematic（RTK）载波相位差分技术是一种先进的定位手段，在指定坐标系中实现测站点的一体化三维定位，并可精确至厘米级。该技术由三大部分构成：卫星端、基线端及 rover 端设备。其中基线端与 rover 端均配备 GNSS 接收装置以获取卫星信号数据。相较于常规 GNSS 系统而言，则 RTK系统增加了基线站点配置这一要素。这些基线站在由专业服务提供商（如 Trimble、移动等）运营时充当固定测量点，在全球范围内每隔约30公里布设一个这样的基站，并通过精密测量设备确保其位置标定精度可达2厘米以内。当 rover 设备位于任一基站覆盖区域内时即可实现实时差分数据下载至 rover 设备，并据此计算出当前位置信息以达到厘米级精度要求