一篇文告訴你RTK變遷之技術前身
發布時間：2022-02-16 10:00:59
談到實時動態 (RTK)，想要充分了解其發展軌跡就永遠不要忘記其本源，尤其是推動使用全球定位系統 (GPS) 進行靜態和動態測量的技術前身和研究基石。
接下來，我們將主要關注20世紀80年代，看看是什么啟發了GPS在陸地和海洋測量中的深入探索。
1985年底或1986年初，Charles R. Trimble在華盛頓Smithsonian博物館為Trimble的第一臺GPS接收機簽署了一份贈予協議。
使用地外系統實現厘米級精度
利用相位差進行高精度基線測量，如甚長基線干涉測量 (VLBI)，是衛星大地測量學的發展基礎。1978年發射的第一顆GPS衛星，其設計初衷是使用基于碼偽距的信號，實現水平3-5米和垂直10-15米的實時精度，但聰明的科學家們發現了它巨大的潛力?？茖W家們認為可以使用兩個接收機來解讀非編碼信號(稱為載波相位信號)，以達到厘米級精度的測量，這被稱為載波相位差分GPS定位。
許多人開始開發用于提取和處理這些數據的軟件算法，以及開發改進GPS測量能力的技術。這其中一位就包括Benjamin W. Remondi博士。這位“實時動態測量之父”畢生的研究成果至今仍在被使用，例如三重差分法、天線交換法和動態測量法。
德州儀器4100，或TI 4100，用于早期的GPS測量實驗。
海上米級定位
在Remondi的研究之前，也有一些技術利用廣播無線電在港口對進行工程建設的船舶進行米級定位。其中之一是雙曲無線電導航系統，它是一個海上導航系統，它的工作依賴于陸上基站的載波信號。20世紀40年代，工程師Charles Hastings發明了一種方法，用來測量疊加在飛機和地面站之間傳輸的無線電波上的信號的相位差。這使得雙曲無線電導航系統能夠通過連續載波相位比較來精確地測量距離。
當土木工程師和土地測量師Steve DeLoach剛加入美國陸軍工程兵團(USACE)時，雙曲無線電系統用于水文定位和疏浚?，F在已經退休的DeLoach說:“我們當時必須在全國所有的海灣、河流和港口建立測量控制站，以確定信號塔的位置，還必須在航道上設置浮標作為已知點，并從海岸的多個角度對這些塔進行測量。這些浮標經常在離岸許多英里的地方，船會停靠在旁邊，船長會喊‘標記’，然后操作員就可以輸入兩個基站間的正確整周數。”
USACE調查人員在1980年左右建立了一個雙曲無線電基站
作為一個年輕的工程師，DeLoach被雙曲無線電系統的大量紙帶、旋轉的模擬刻度盤、有火災隱患的大型船舶動力系統和沒有垂直定位的狀況驚呆了。“所有的垂直信息都來自幾英里之外的潮汐站，因此存在很大的誤差。”DeLoach說。但撇開這些問題不談，雙曲無線電儀表現出了與GPS模糊解算同類的解算方法，這使得GPS載波相位定位方法在水文測量中的應用值得探討。“使用一個已知的靜態點來解析整周數的方法正是20世紀60年代舊的雙曲無線電系統在海洋環境中所做的。”DeLoach說。將雙曲無線電儀和其他海洋導航系統進行比較，可以證明GPS確實可以工作，并能提供兼容的結果，這些結果也幫助DeLoach在20世紀80年代后期向USACE申請資金，開發用于水文測量和疏浚的GPS載波相位定位系統，從而引領了RTK的發展。DeLoach說，雙曲無線電儀計算相位差的航線，而這正是測地的GPS所做的。這是同樣的基礎數學問題，只是衛星軌道相對于地面基站變得復雜。Remondi在1989年加入了疏浚項目團隊，作為其關鍵問題的解決者之一，但在該階段的開發開始之前，還需要找到其他通往RTK的基石。
陸地上的厘米級GPS定位
Macrometer是另一個在GPS定位中展示厘米級精度的前身技術。20世紀80年代，麻省理工學院(MIT)物理學家Charles Counselman領導了Macrometer V-1000的研發。據《麻省理工科技評論》在2010年發表的一篇文章，美國國家航空航天局(NASA)的一名科學家把Counselman的這項發明稱為“萬靈油”，但很快就被證明是錯誤的，因為這項發明是結合無線電和天文學的專業知識，開發出的利用GPS的新方法。
20世紀80年代早期，Counselman在一系列演示中證明了他的技術，隨后被授予36項專利。但是，盡管Macrometer展現出了非凡的準確性，但它在日常民用測量中也有缺點。它昂貴、沉重，需要兩個人來搬運，而且必須用一輛多功能車來運輸。即便如此，它仍將在研發更精簡、更靈活的商用GPS系統方面發揮重要作用。
2008年Counselman獲得美國地球物理學會Charles A. Whitten獎章時發表的一篇文章指出，“如今，搭載Chuck技術的GPS接收機便攜、廉價、無處不在。看看引擎蓋下，你會在里面發現許多他的基本專利。”
以上內容來源于網絡，出于傳遞信息及學習之目的
接下來，我們將主要關注20世紀80年代，看看是什么啟發了GPS在陸地和海洋測量中的深入探索。
使用地外系統實現厘米級精度
利用相位差進行高精度基線測量，如甚長基線干涉測量 (VLBI)，是衛星大地測量學的發展基礎。1978年發射的第一顆GPS衛星，其設計初衷是使用基于碼偽距的信號，實現水平3-5米和垂直10-15米的實時精度，但聰明的科學家們發現了它巨大的潛力?？茖W家們認為可以使用兩個接收機來解讀非編碼信號(稱為載波相位信號)，以達到厘米級精度的測量，這被稱為載波相位差分GPS定位。
許多人開始開發用于提取和處理這些數據的軟件算法，以及開發改進GPS測量能力的技術。這其中一位就包括Benjamin W. Remondi博士。這位“實時動態測量之父”畢生的研究成果至今仍在被使用，例如三重差分法、天線交換法和動態測量法。
海上米級定位
在Remondi的研究之前，也有一些技術利用廣播無線電在港口對進行工程建設的船舶進行米級定位。其中之一是雙曲無線電導航系統，它是一個海上導航系統，它的工作依賴于陸上基站的載波信號。20世紀40年代，工程師Charles Hastings發明了一種方法，用來測量疊加在飛機和地面站之間傳輸的無線電波上的信號的相位差。這使得雙曲無線電導航系統能夠通過連續載波相位比較來精確地測量距離。
當土木工程師和土地測量師Steve DeLoach剛加入美國陸軍工程兵團(USACE)時，雙曲無線電系統用于水文定位和疏浚?，F在已經退休的DeLoach說:“我們當時必須在全國所有的海灣、河流和港口建立測量控制站，以確定信號塔的位置，還必須在航道上設置浮標作為已知點，并從海岸的多個角度對這些塔進行測量。這些浮標經常在離岸許多英里的地方，船會停靠在旁邊，船長會喊‘標記’，然后操作員就可以輸入兩個基站間的正確整周數。”
作為一個年輕的工程師，DeLoach被雙曲無線電系統的大量紙帶、旋轉的模擬刻度盤、有火災隱患的大型船舶動力系統和沒有垂直定位的狀況驚呆了。“所有的垂直信息都來自幾英里之外的潮汐站，因此存在很大的誤差。”DeLoach說。但撇開這些問題不談，雙曲無線電儀表現出了與GPS模糊解算同類的解算方法，這使得GPS載波相位定位方法在水文測量中的應用值得探討。“使用一個已知的靜態點來解析整周數的方法正是20世紀60年代舊的雙曲無線電系統在海洋環境中所做的。”DeLoach說。將雙曲無線電儀和其他海洋導航系統進行比較，可以證明GPS確實可以工作，并能提供兼容的結果，這些結果也幫助DeLoach在20世紀80年代后期向USACE申請資金，開發用于水文測量和疏浚的GPS載波相位定位系統，從而引領了RTK的發展。DeLoach說，雙曲無線電儀計算相位差的航線，而這正是測地的GPS所做的。這是同樣的基礎數學問題，只是衛星軌道相對于地面基站變得復雜。Remondi在1989年加入了疏浚項目團隊，作為其關鍵問題的解決者之一，但在該階段的開發開始之前，還需要找到其他通往RTK的基石。
Macrometer是另一個在GPS定位中展示厘米級精度的前身技術。20世紀80年代，麻省理工學院(MIT)物理學家Charles Counselman領導了Macrometer V-1000的研發。據《麻省理工科技評論》在2010年發表的一篇文章，美國國家航空航天局(NASA)的一名科學家把Counselman的這項發明稱為“萬靈油”，但很快就被證明是錯誤的，因為這項發明是結合無線電和天文學的專業知識，開發出的利用GPS的新方法。
20世紀80年代早期，Counselman在一系列演示中證明了他的技術，隨后被授予36項專利。但是，盡管Macrometer展現出了非凡的準確性，但它在日常民用測量中也有缺點。它昂貴、沉重，需要兩個人來搬運，而且必須用一輛多功能車來運輸。即便如此，它仍將在研發更精簡、更靈活的商用GPS系統方面發揮重要作用。
2008年Counselman獲得美國地球物理學會Charles A. Whitten獎章時發表的一篇文章指出，“如今，搭載Chuck技術的GPS接收機便攜、廉價、無處不在。看看引擎蓋下，你會在里面發現許多他的基本專利。”
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