一、RTK定位概述
1.1 发展历史
RTK (Real Time Kinematic)载波相位差分技术的发展历程可追溯至上世纪末，当时GPS是唯一的卫星定位系统，但仅能实现米级别的定位精度。为了进一步提高定位精度，人们开始尝试将GPS的信号在地面上做差分处理，减小误差。
差分是把GPS的误差想方设法分离出，通过在已知位置的参考点上装上基准站，就能知道定位信号的偏差。将这个偏差发送给需要定位的移动站，移动站就可以获得更精准的位置信息。
2000年之后，由于卫星导航技术和无线通信技术的不断发展，RTK技术逐渐成为了高精定位领域中的主流技术之一。
当前，RTK定位技术能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。
与其它高精度定位技术相比，RTK技术具有响应速度快、数据更新频率高、精度高等优势，其不足之处主要在于对系统的精度要求高。尤其在城市等拥挤环境下，多路径效应和信号遮挡等问题会导致对RTK技术的限制。
1.2 RTK定位基本原理
在RTK作业模式下，基站采集卫星数据，并通过数据链将其观测值和站点坐标信息一起传送给移动站，而移动站通过对所采集到的卫星数据和接收到的数据链进行实时载波相位差分处理（历时不足一秒），得出厘米级的定位结果。
为了计算移动站RTK 位置，两个接收器（基准站和移动站）需要看到大致相同的卫星，这样计算的差分信息(如卫星钟差、大气延迟、轨道误差等)才有效。 因此，RTK差分校正一般在距基站35 公里以内有效（有人说25 公里，有人说50 公里，确切的数字取决于天线和接收器质量）。
第①步，基准站先观测和接收卫星数据。
第②步，基准站通过旁边的无线电台（数据链），将观测数据实时发送给流动站
第③步，流动站收到基准站数据的同时，也观测和接收了卫星数据。
第④步，流动站在基准站数据和自身数据的基础上，根据相对定位原理，进行实时差分运算，从而解算出流动站的三维坐标及其精度，其定位精度可达1cm~2cm。至此，测量完成。
RTK技术具有观测站之间无需通视（无需在视线范围内）、定位精度高、操作简单、全天候作业等优点。
1.3 网络RTK
1.3.1 网络RTK介绍
早期RTK定位模型是通过建立单个基准站进行定位，称为传统RTK技术。其实施简单且成本低廉，但受限于流动站和基准站之间的距离。距离越远，误差因素差异增大，定位精度下降，甚至可能因通信范围限制无法工作。
为克服传统RTK的局限性，20世纪90年代中期提出了网络RTK技术，通过多个基准站协作和网络传输突破了距离限制，大幅提高了定位精度和可靠性
1.3.2 网络RTK原理
网络RTK相比传统RTK，其实是用区域型的GNSS网络误差模型取代了单点GNSS误差模型。
在网络RTK技术中，在一个较大的区域内，均匀分散设置多个基准站（3个或以上），构成一个基准站网。多个基准站组成的基准站网，它们将数据发给中央服务器。中央服务器会根据数据，模拟出一个“虚拟基准站”。（网络RTK也被称为“虚拟基准站技术”或“虚拟参考站技术”）
移动站只会“看到”这个“虚拟基准站”，通过接收“虚拟基准站”发来的数据，移动站完成最终的测量运算。
1.3.3 网络RTK的优缺点
网络RTK具有显著优势，主要体现在利用广泛分布的移动通信基站作为基准站，实现了无缝覆盖，并通过内置无线通信模组完成流动站与中央服务器的高效通信。用户无需自建基准站，降低了成本，仅需支付通讯费用。同时，由于基准站数量多，即使有个别损坏也不影响整体的精度和可靠性。
但是，在网络RTK的模型中，网络的稳定性对定位精度影响极大。必须保证网络通信稳定，从而确保差分数据稳定下发，才能实现超高定位精度。
| 对比 | 传统RTK | 网络RTK |
|---|---|---|
| 基准站数量 | 1 | 3个及以上 |
| 覆盖距离 | 20-30公里 | 理论上无限 |
| 定位精度 | 高 | 非常高 |
| 可靠性 | 低 | 高 |
| 建设成本 | 低 | 非常低 |
| 简易程度 | 简单 | 非常简单 |
| 主要缺点 | 对基准站依赖较大，可靠性差 | 必须要有移动网络，网络传输存在一定延时 |
RTK定位过程中主要涉及到差分信息来源、差分信息传输、差分信息使用三部分，以下进行详细介绍。
二、RTK差分信息来源
常用差分信息的来源主要有两种，分别是自建基准站和CORS（Continuously Operating Reference Station）服务。
差分信息采用RTCM（Radio Technical Commission for Maritime Services）的标准格式，以传输差分校正数据。
2.1 自建基准站
自建基准站涉及在特定位置安装和维护一个GNSS基站，以提供实时差分校正数据。用户需要自行购买、安装和维护设备，包括天线、接收器和数据传输系统。自建基准站的优点是可以完全控制数据源和精度，适合于特定区域的高精度需求。然而，这种方法成本较高，涉及设备采购、安装以及日常维护和运行费用。
2.1.1 获取基准站精确位置
移动站处于RTK定位时需要获取基准站的精确位置才能进行自身位置解算，且基准站的位置精度与移动站RTK定位精度保持一致。
基准站的精确位置是GNSS天线的中心位置，并不是GNSS芯片位置。GNSS基准站采用一根天线即可进行定位，其天线通常为蘑菇头天线。该类天线接收信号更灵敏，精度更高，且适合室外环境使用（满足环境，如防尘防水、高低温等）。
常见获取基准站精确位置的方法有以下三种
（1）对点测量法
通过第三方手持的RTK仪器测量某点的精确位置，然后将GNSS基准站天线中心点的位置准该点，即可获得GNSS基准站的精确位置。
（2）网络差分法
首先将基准站的天线进行固定，然后使用电脑连接互联网，通过网络获取该区域的网络RTK差分信息，接着利用USB转串口设备，将该差分信息通过软件(如ntrip)传输给该基准站，让基准站进入RTK定位模式，从而获取基准站的准确位置。
（3）PPP精确单点法
通过GNSS芯片配套的软件让其进入到精密单点定位PPP（Precise Point Positioning）模式，通过获取精确的GNSS信息，进行定位。GNSS芯片在PPP模式下的位置计算收敛后，其定位精度可满足1-3cm，可作为基准站的精确位置。
2.1.2 基准站设置
GNSS模组一般既可以作基准站又可以作为移动站，只需要通过相应软件进行设定即可修改。
通过GNSS模组的上位机软件将其设置为基准站模式，输入其精确位置，设置其它参数（如串口波特率等）启动运行，其将会通过串口输出差分信息，该信息通过无线电传输给移动站，即可让移动站进入到RTK定位模式中。
2.1.3 自建多基准站
若考虑覆盖范围和通信等因素，自建多基站时，需要建立差分服务器，部署相应软件（如ntrip），同时确保各个基站连入局域网中，差分服务器根据移动站的位置为移动站实时分配基准站，并将相应的差分信息传输给移动站。
2.2 CORS服务
2.2.1 CORS介绍
CORS（Continuously Operating Reference Station）是连续运行参考站系统，CORS可以定义为一个或若干个固定的、连续运行的GNSS参考站，利用现代计算机、数据通信和互联网（LAN/WAN)技术组成的网络，实时地向不同的类型、不同需求、不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GNSS观测值（载波相位，伪距），各种改正数、状态信息、以及其他有关的GNSS服务项目的系统。
CORS是固定的永不断电的基站，优点就是作用距离远，作业方便，缺点是费电，维护费用高，局限某个地区。
2.2.2 CORS分类
CORS技术在用途上可以分成单基站CORS、多基站CORS和网络CORS。
（1）单基站CORS： 就是只有一个连续运行站。类似于一加一或一加多的RTK，只不过基准站是由一个连续运行的基站代替，基站同时又是一个服务器，通过NRS-SERVER软件实时监控卫星状态，存储静态数据和实时通过网络向移动站（用户终端）发送差分信息。
（2）多基站CORS： 就是分布在一定区域内的多个基站联合作业，基站与基站之间的距离不超过50公里，他们都将数据发送到一个服务器。移动站作业时，只要发送它的位置信息到服务器，系统自动计算移动站与各个基站之间的距离，将距离近的基站差分数据发送给流动站，确保达到最佳的测量精度。多基站CORS作业原理与单基站基本相同。
（3）网络CORS：就是采用网络参考站系统软件，对分布在一定区域内的多台基准站的坐标和实时观测数据进行系统综合误差改正建模，尽可能消除区域内流动站观测数据的系统综合误差，从而获得高精度的实时定位结果。
2.2.3 CORS服务商
（1）CORS建设历史
CORS（连续运行参考站）服务商是提供连续GNSS数据流和差分校正服务的组织或公司，这些服务商负责安装、维护和运营这些基准站网络，确保系统的稳定性和可靠性。
国家测绘地理信息系统从1992年开始建设，通过多项国家重大基础设施项目的建设，“十二五”末期在全国范围内形成均匀分布、总体规模360个站，主要满足以下方面需求：维持中国国家三维地心坐标框架的统一、高精度和现势性；提供中国境内实时定位和导航信息；提供高精度连续的时频信号，提供定时、授时的信息；提供所在地区对流层可降水分和电离层总电子浓度等信息，用于天气降水预报和电离层监测；提供所在点位地理位置的三维变化；建立共享机制，实现国家GNSS连续运行基准站数据共享。
CORS在我国的国家层面和省（市）层面都已有较大建设规模。我国区域级的CORS站建设，在北京、香港、上海、深圳、天津、武汉、昆明、成都等地已建立了城市的服务系统，除西藏外，全国30个省份建成或正在建设覆盖全省的连续运行卫星定位综合服务系统，部分省市基准站网已经开始对社会提供服务。据全国基准站调查统计，各地各行业建设的基准站总计有4500个站左右。
第一张覆盖全国的CORS网络，在2015年开始建设，由千寻位置负责实施运营，全称为：国家北斗地基增强系统全国一张网。2018年被测绘行业内俗称为“千寻CORS”全国的千寻知寸FindCM服务覆盖全国33省级行政单位。
（2）CORS服务商及使用方法
用户可以通过订阅CORS服务，获取高精度的位置信息，无需自建基准站。
国内比较出名的CORS服务商及特点如下表：
| 服务商 | 特点 | 价格（参考） |
|---|---|---|
| 千寻位置CORS | 价格贵，提供全国范围内的高精度定位服务，市场占有率最高 | 16.8元/天，1579元/年（淘宝） |
| 中国移动CORS | 价格便宜，拥有广泛的网络覆盖，某些区域可能与千寻整体存在偏移（大概几厘米） | 0.98元/天，596元/年（淘宝） |
| 六分科技 | 重点关注精准农业和工程测量，提供相应专业解决方案。 | 46元/天，3000元/年（淘宝） |
用户如果有需求，也可以联系当地省或市的测绘局，让他们布置基准站，建设费用大概3000-5000左右，每年还有维护费，约3000元，各地不一样。
不同CROS服务商的坐标基点事一样的，但是实际使用过程中，同一点不同的CROS服务商的RTK定位可能有误差，大概在几里面左右，是整体的偏移误差，行业内一般用千寻的比较多，大多以千寻为基准。
三、基准站与移动站通信方式
3.1 移动互联网通信
基准站通过移动互联网将差分改正信息RTCM传输至移动站。移动站可以通过4G/5G网络接收RTCM信息，实现实时的高精度定位。
3.1.1 DTU接入移动互联网
通常使用DTU(Data Transfer unit)接入互联网获取差分信息，然后将差分信息通过串口发送给基准站。
DTU是专门用来在无线通信网络上把串口数据转换成IP数据，或者把IP数据转换成串口数据的无线终端设备。
DTU硬件部分主要由CPU控制模块、无线通信模块和电源模块组成，其中无线通信模块中通常包含一张物联网卡或者手机卡，通过续费流量套餐来连接互联网。
3.1.2 手机热点+笔记本电脑+USB转串口
通过笔记本连接手机热点接入移动互联网，笔记本电脑运行ntrip软件，将RTCM差分信息通过USB转串口发送出去。
3.1.3 手机+路由器+windows/linux系统+USB转串口
手机通过4G接入移动互联网，通过手机上的ntrip软件，利用路由器组建的局域网或者蓝牙等方式传输RTCM给windows/linux系统，windows/linux系统通过局域网或者蓝牙接收到RTCM信息后，通过USB转串口发送给GNSS模组，即可实现RTK定位。
3.2 自建通信网络
3.2.1 数传模块
（1） LoRa模块
无线电台传输RTCM信息常用LoRa模块，其可实现远距离、低功耗的数据传输。该模块是一种基于LoRa技术的低功耗广域网无线通信模块。
LoRa模块的频率在433MHz(亚洲)，根据发射功率不同，传输距离在1km-3km之间，其有多种组网方式：点对点、星状、树状、网状、Mesh。
（2）其它数传模块
一般都在315MHz,433MHz和915MHz这几个频段，所以一般最高传输速率均不大于150kB/s。
| 频段范围 | 产品 | 通信距离 | 最大通信速率 | 组网方式 |
|---|---|---|---|---|
| 915MHz (902-928MHz) | P900 (Microhard) | 60km | 276kbps | 点对点，点对多点（广播） |
| 840MHz (840-845MHz) | P840 (Microhard) | 100km | 230kbps | 点对点，点对多点（广播） |
3.2.2 组网电台
通过多个频段(如1.4GHz)的组网电台（或者类似5G蜂窝移动通信的基站）构建局域网，不仅仅可以传输纯二进制数据，还可以传输图像等其它数据类型，组网电台类似网线，数传模块类似串口线。
3.2.3 组网路由器
2.4G/5.8G消费级产品，如小米、华为等路由器进行桥接或者中继，组成mesh无线组网模式构建局域网。
四、Ntrip软件
NTRIP 协议是一种通过互联网传输差分GPS (DGPS) 或实时动态定位 (RTK) 校正数据的协议，旨在提高GNSS系统的定位精度。它通过网络将差分数据从基站传输到用户接收机，使得GNSS接收机能够在不需要地面基站的情况下，实时获得精确的定位数据。
4.1 NTRIP协议的基本架构
NTRIP协议的架构包括以下几个主要部分：
-
NTRIP 客户端 (NTRIP Client)：
- NTRIP客户端是一个接收差分数据的设备或软件，通常是GNSS接收机或集成的定位模块。客户端通过互联网连接到NTRIP服务器，从而接收实时的差分数据。
-
NTRIP 服务器 (NTRIP Server)：
- NTRIP服务器负责将差分数据广播到网络上。它通常从基站接收RTCM差分数据，并通过互联网将这些数据传输到NTRIP客户端。可以认为NTRIP服务器就是一个提供实时差分数据的中心。
-
NTRIP 中继 (NTRIP Caster)：
- 中继是NTRIP协议中的核心部分，负责将来自多个差分数据源（基站）的数据转发给客户端。中继通常是一个网络服务器，它接收来自多个NTRIP服务器的数据，并将其转发到需要的客户端。中继可以管理多个流、控制接入权限和带宽等。
NtripSource和NtripServer一般已经集成到一台GNSS基准站内，GNSS基准站产生差分数据（扮演着NtripSource的角色），然后再通过网络发送给NtripCaster（扮演着NtripServer的角色）
NtripSource和NtripServer也可以分开：GNSS基准站产生差分数据，然后通过串口发送给一个程序（比如strsvr），这个程序再把差分数据发送给NtripCaster。这里GNSS基准站扮演着NtripSource的角色，程序扮演着NtripServer的角色。
NtripCaster一般就是一台固定IP地址的服务器，它负责接收、发送差分数据。给NtripClient发送差分数据时有两种方案：
一是直接转发NtripSource产生的差分数据，NtripClient只要指定挂载点即可；Mountpoint是挂载点名称，NtripServer可能有多个，挂载点用来区分它们。
二是通过解算多个NtripSource的差分数据，为NtripClient产生一个虚拟的基准站（即VRS）。在这种情况下，NtripClient不仅要指定挂载点，还要发送自身的坐标给NtripCaster，NtripCaster根据这个坐标才能产生虚拟基准站。NtripClient给NtripCaster发送自身坐标，用到的就是NMEA里的GGA数据。是否需要给NtripCaster发送GGA数据，有一个指标参数，0表示不需要，1表示需要。
NtripClient一般就是GNSS流动站。登录NtripCaster后，发送自身的坐标给NtripCaster。NtripCaster选择或产生差分数据，然后发送给NtripClient。这样GNSS流动站即可实现高精度的差分定位。
4.2 NTRIP 协议的工作流程
- 数据生成：首先，差分数据通过GNSS基站生成，通常是RTCM格式的数据，这些数据提供了基站与卫星之间的误差修正信息。
- 数据上传：这些差分数据通过NTRIP协议上传到NTRIP服务器。
- 数据中继：NTRIP中继接收服务器的数据流，并将其广播到互联网。客户端通过互联网连接到NTRIP中继，获取差分数据。
- 数据接收：NTRIP客户端（GNSS接收机）从中继接收实时的差分数据，用来修正GNSS定位结果。
4.3 获得NTRIP Caster软件
NTRIP Caster有如下：
2.SNIP
参考
盘点中国cors系统发展历程：https://www.qxwz.com/zixun/365266704
RTK、PPP与RTK-PPP关系：https://blog.csdn.net/hongke_weixin/article/details/135114199
RTK基准站如何搭建：https://www.sinognss.com/about/news_knowledge/
CORS系统运行原理：https://www.sinognss.com/about/news_knowledge/
中国移动CORS：https://pnt.10086.cn/v1/mallportal/#/detail?code=wNO9ooGS&platformCode=0
常用CORS账号设置方法：https://blog.csdn.net/m0_48012049/article/details/118853787
CORS系统与传统RTK测量有哪些优势：https://www.sinognss.com/about/news_knowledge/
ntrip软件使用：https://iotgnss.com/Blogs/shownews.php?id=31
RTKLIB strsvr使用：https://blog.csdn.net/zw_whusgg/article/details/130718051
