[实用新型]一种基于RTK的分体式GNSS真北定向装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及卫星定向领域，特别是关于一种基于RTK的分体式GNSS真北定向装置。

背景技术

GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)，它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Gal ileo和中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统。最少通过天上的4颗卫星能够快速确定GNSS接收机在地球上的位置。

RTK(Real-Time Kinematic，载波相位差分技术)定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，利用GNSS全球导航定位系统，它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。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。

真北介绍：真北(True North，TN)指地球的北极，即北纬90度或者经圈交汇的地方，又称正北方向，为过地球上一点指向地球地理北极的方向。通过地球表面某点的真子午线的切线方向，成为该点的真子午线方向。真子午线方向指向北极的方向叫真北方向。真北是地球自转的地理北极，真北方向地球仪上所有经线的起始点。

磁北介绍：磁北是指南针所指示的北，这主要是由于地球的磁场两极与地理上的南北两极不重合，因此指南针指示的北为磁北而非真北，磁北会随着时间而变化。磁北方向极度不精确，一般仅用于旅行。磁北到真北的夹角称为磁偏角。

坐标北介绍：坐标北也叫图北、方格北，是指在某张地图上纵向方格线指示的"上"方。也就是所谓的上北下南。在高斯平面直角坐标系中，纵坐标轴所指的方向或与纵坐标轴平行的方向，就是坐标北方向，在测量工作中，当方位角为零时，仪器所指的方向就是坐标北方向。在工程测量和施工中，我国普遍使用的是1954北京或者1980西安的高斯投影平面直角坐标系，目前总图专业用到的北均为坐标北。

如图1所示，真北、磁北和坐标北的关系示意图，三者之间可以通过一定的计算公式进行互相转换。

目前寻找真北定向方法主要分类：

(1)磁寻北，磁寻北寻找的主要是磁北，通过一系列转换到与真北的方位角。

(2)天文寻北，通过观测北极星的高度角或时角确定观测点的真北方向。

(3)陀螺经纬仪寻北，陀螺仪具有定向性和进动性，在地球自转过程中，陀螺仪低转有效分量的影响下，其主轴总是向子午面方向进动，并可保持在子午面附近做连续不断的、不衰减的椭圆简谐摆动，利用此特性经过粗略定向、精密定向、最终得到与真北的夹角，在通过旋转经纬仪可以确定真北方向。

(4)卫星寻北法，卫星寻北主要指GNSS(全球导航卫星系统)寻北，确定空间两点所成几何矢量在给定坐标系下的指向，通过一系列计算可以得到两点连线与真北的夹角。

采用以上方法寻北的过程具有以下缺陷：

(1)磁寻北法：定向精度容易受到电磁环境影响；实现精确磁北到真北转换比较繁琐；纬度越高定向精度越差。磁北每年每天都是在不停变动的，它的轨迹大致是一个椭圆形。

(2)天文寻北：受到气候与时间条件影响，无法全天候实时高精度测量。

(3)陀螺经纬仪寻北：陀螺仪价格昂贵，使用寿命有限；陀螺长时间使用精度会发生漂移，需要重新校准，维护成本高。

(4)卫星寻北法：该类方法寻北精度易受到单点定位误差影响，同时对两台接收机间的基线要求较高(一般超过100m)，不利于在较为狭窄的环境下架设。该方法得到的只是与真北的夹角，没法快速准确指向真北。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决现有技术中寻北受环境影响和不能全天候寻北的问题，本实用新型提供一种基于RTK的分体式GNSS真北定向装置来解决上述问题。