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RTK的三维定位为什么至少需要4颗卫星

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发表时间:2019-06-13 11:41

隐藏在卫星导航系统背后的整个想法在普通人眼中通常是不可能的。利用太空卫星作为参考点来实现在地球上的定位,而且RTK精度如此之高,令人难以置信。


  要使用三角法定位行星上的任何位置,需要非常精确地测量从卫星到用户机器的距离。这是个问题。然后,我们必须解决知道到三颗卫星的距离以及如何在太空中找到接收器的位置的问题。


  应该说,就三角学而言,这是一个巨大的几何图形。首先,假设到第一颗卫星的距离已经测量为25,000公里。从该特定卫星,用户确定的所有可能位置被缩小到以卫星为中心的半径为25,000km的球体。然后,到第二卫星的距离被测量为28,000km,因此存在以第二卫星为中心并且半径为28000km的第二球体。两个球体的交叉点形成一个圆圈,这是用户所寻求的。位置进一步集中在这个圆圈上。


  随后,用户测量到第三卫星的距离为31,000km,其与由另外两个球的交叉形成的圆相交,从而将用户机器的可能位置改变为两个点。此时,三颗卫星的测距问题仅在空间中转化为两点。为了确定这两个点中的哪一个是用户机器的真实位置,问题并不复杂,因为我们可以根据我们的常识做出准确的判断。一般来说,这两点,一个在北半球,一个在南半球。图26是卫星导航和定位方法的示意图。



  如果两个球通常在空间的交叉处是圆形,则在同一平面中相交的两个圆是两个点。如果两个中心是两颗用于定位的卫星,它们的交叉点恰好落在地平面上。一般来说,一个落在南半球,一个落在北半球。由于地球不是常规球体,我们想要测量的目标位置通常不在同一海平面,海,陆,空之间也存在平台差异,因此只能确定两种卫星定位方法在水平位置,这是普遍适用的。必须使用三个参考点(卫星)来确定纬度和经度以及海拔。这与通过确定笛卡尔坐标系中的空间点来确定X,Y和Z三维坐标值的原理相同。图27显示了空间三维定位的原理。



  可以看出,在确定目标点位置的空间中,需要三次卫星测量以给出三维位置。为什么卫星导航通常需要四颗卫星定位?这是因为在参与导航位置计算的过程中实际上存在时间变量参数,因为卫星导航的距离测量实际上是通过时间测量来实现的。当每秒时间误差为百万分之一时,位置误差将超过300米,人们使用的卫星导航接收器的时钟由石英晶体振荡器实现。必须使用卫星原子钟作为同步标准,以确保定位精度。因此,需要第四个。这位明星前来参与定位。事实上,这第四颗卫星被用作时间参考标准。




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