Echtzeitkinematik (RTK)

Echtzeitkinematik (englisch Real Time Kinematic, RTK) ist eine Technik zur Erhöhung der Genauigkeit von GNSS-Positionen mithilfe einer festen Basisstation, die Korrekturdaten an einen sich bewegenden Empfänger sendet.

Wie erhalten Sie RTK-Korrekturdaten?

Die RTK-Korrekturquelle kann entweder von einer lokalen festen Basisstation stammen oder über das Internet von einem Korrekturdienst eines Drittanbieters unter Verwendung von NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) empfangen werden. Feste Basisstationen wie die Racelogic RTK-Basisstation haben eine Reichweite von bis zu 10 Kilometern. Während NTRIP-Korrekturdienste häufig ein Benutzer-Abonnement und Internetzugang erfordern, haben sie den Vorteil einer breiten Abdeckung, die nicht auf eine bestimmte Region beschränkt ist. Dies macht NTRIP zu einer idealen Lösung für Tests auf offener Straße..

Feste Basisstation

Durch die Verwendung von Korrekturen von einer festen Basisstation kann die Position der Antenne auf 1-2 cm genau festgelegt werden. Die Technik beinhaltet die Messung der Trägerphase des Satellitensignals, die dann einigen ausgeklügelten statistischen Methoden unterzogen wird, um die Phase dieser Signale auszurichten und somit die Mehrheit der normalen GPS-Fehler zu beseitigen.

Dieser Ausrichtungsprozess durchläuft drei Phasen: Erfassung, Mehrdeutigkeitsmodus „Float“ und Mehrdeutigkeitsmodus „Fest“. Die Genauigkeiten im Float-Modus liegen im Bereich von 0,75 bis 0,2 m und im festen Modus im Bereich von 0,01 bis 0,02 m. Das Korrektursignal wird normalerweise in Intervallen von 1 Sekunde gesendet, kann jedoch bei Bedarf erhöht werden, um die erforderliche Datenrate zu verringern.

Die Racelogic RTK-Basisstation kann verwendet werden, um die Positionsgenauigkeit von VBOX-GPS-Systemen zu verbessern, indem Differenzialkorrekturdaten berechnet und anschließend per Funk übertragen werden, damit das fahrende GPS-System seine Position korrigieren kann. Da eine einzelne Basisstation gleichzeitig von allen Empfängern in Reichweite verwendet werden kann, eignet sich diese Methode besonders für Gelände und Teststrecken, auf denen man auf engstem Raum mit einem Radius von bis zu 10 Kilometern testet.

NTRIP

Es ist auch möglich, Korrekturdaten über das Netzwerk-RTK zu empfangen, eine Infrastruktur fester Basisstationen, die ein nationales oder regionales Netzwerk bilden. Hierbei kann ein Protokoll namens NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet Protocol) verwendet werden.

Diese Methode erfordert eine ständige Internetverbindung (über ein GSM-Modem oder ein Smartphone) und ein Abonnement für einen lokalen NTRIP-Dienstanbieter. Über ein NTRIP-Modem kann die fahrende VBOX ihre Position an die Stationen innerhalb des NTRIP-Netzwerks senden, und der NTRIP-Dienstanbieter kann dann die Standort-Korrekturen für die VBOX anhand der Daten nahegelegener Referenzstationen berechnen. Diese Korrekturinformationen werden dann im RTCM-Format an die VBOX zurückgegeben.

Einer der Hauptvorteile von NTRIP besteht darin, dass ein Netzwerk von RTK-Basisstationen verwendet wird, das bereits vorhanden ist und daher keine Bereichsbeschränkung aufweist. Dies ist ideal für Tests auf offener Straße, bei denen Sie mehr als 10 Kilometer von einer einzelnen festen Basisstation entfernt sind. Bei Verwendung einer NTRIP-Lösung können Sie eine Positionsgenauigkeit von bis zu 2 cm erwarten.

Wie genau ist RTK?

Eine GPS-Engine allein (Standalone) bietet normalerweise eine Genauigkeit von 2 bis 5 m.

DGPS (Differential GPS) verbessert die Positionsgenauigkeit von Standalone-GPS durch den Empfang von Korrekturdaten geostationärer Satelliten wie SBAS oder EGNOS. Diese Satelliten scheinen, vom Boden gesehen, an einer festen Position am Himmel zu bleiben. Durch die Verwendung von DGPS wird die Positionsgenauigkeit normalerweise auf 1 bis 2 m verbessert.

Um eine Positionsgenauigkeit im Zentimeterbereich zu erreichen, müssen Korrekturen aus einer RTK-Quelle verwendet werden, entweder über eine Basisstation oder ein NTRIP-Modem. Die Verwendung von einer RTK-Datenkorrekturquelle kann die Positionsgenauigkeit auf bis zu 2 cm verbessern, wenn sie mit einem RTK-fähigen GNSS-Empfänger verwendet werden.

System Genauigkeit Anforderungen

Standalone- GPS

2-5 m

 -

SBAS
(Code-Korrekturen)

1-2 m

DGPS-Korrekturquelle, normalerweise SBAS im Empfänger eingebaut.

DGPS
(Code-Differential-korrekturen)

0,3-0,8 m

DGPS-Korrekturquelle von einer DGPS-Basisstation (oder NTRIP mit Code-Korrekturen).

RTK
(Träger-Korrekturen)

1-5 cm

RTK-Korrekturen von einer Basisstation in der Nähe des Rovers

Moving Base (Bewegliche Basis)

Die Basisstation kann sich auch in einem fahrenden Fahrzeug befinden. In diesem Fall müssen die Korrekturen mit der Abtastrate der empfangenden GPS-Engine gesendet werden, was die Positionsgenauigkeit gegenüber einer festen Basisstation geringfügig verringert, auf etwa 3 bis 5 cm.

Mit der Moving Base-Einrichtung können Ingenieure ADAS-Anwendungen auf offener Straße testen, ohne eine Verbindung zu einer Basisstation oder einem NTRIP-Modem herstellen zu müssen. Es funktioniert durch die Verbindung von zwei VBOX 3i RTK-Einheiten, wobei das System im Testfahrzeug Korrekturen mit einer Aktualisierungsrate von 20 Mal pro Sekunde an das Zielfahrzeug sendet.

Die Genauigkeit wird durch die Verwendung von Signalen aus mehreren Frequenzen und Konstellationen sowie durch ein Verfahren verbessert, das verfeinerte Delta-Positionen verwendet, die aus Trägerphasenmessungen erhalten wurden. Dies reduziert den Rauschpegel von Pseudoentfernungsmessungen (Rohentfernungen zu jedem Satelliten) und beseitigt Positionssprünge.

Welche Anwendungen erfordern RTK?

Jede Anwendung, die eine Genauigkeit auf Zentimeterniveau erfordert, profitiert von RTK als Quelle für Korrekturdaten. Die VBOX 3i RTK bietet eine Positionsgenauigkeit von unter 2 cm, wenn sie mit der Racelogic RTK-Basisstation oder einem NTRIP-Modem verwendet wird. Typische Anwendungen sind ADAS-Tests, autonome Fahrzeugvalidierung und Pfadverfolgung.

Einschränkungen

Bei Verwendung einer festen Basisstation muss sich die fahrende GPS-Engine (Rover) innerhalb der Kommunikationsreichweite der Basisstation befinden, um Korrekturen zu erhalten. Die Verwendung einer NTRIP-Lösung hilft dabei, dies zu überwinden. Sie benötigen jedoch ein Abonnement bei einem NTRIP-Dienstanbieter, der häufig pro Benutzer berechnet wird.

Die Zeit, die benötigt wird, um sich durch jede der Akquisitionsphasen zu bewegen und eine Position im festen Modus zu erreichen, hängt stark von der Anzahl der Signale ab, die dem Empfänger zur Verfügung stehen. Ein GNSS-Empfänger mit mehreren Frequenzen und mehreren Konstellationen erreicht den festen Modus erheblich schneller als ein System mit nur GPS oder nur mit L1. Damit ein Signal in der RTK-Lösung verwendet werden kann, muss es nicht nur vom Rover verfolgt werden, sondern auch von der Basisstation und in den von ihm ausgegebenen Korrekturmeldungen enthalten sein.

Da sowohl die Basisstation als auch der Empfänger eine klare Sichtlinie zum Himmel haben müssen, funktioniert RTK in städtischen Gebieten mit hohen Gebäuden, mit Baumbestand oder unter Brücken nicht immer sehr gut. In diesen Situationen ist es am besten, ein Trägheitsmesssystem (z. B. die VBOX IMU) zu verwenden, um die Lösung zu glätten.


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