El posicionamiento cinemático en tiempo real ( RTK ) es la aplicación de la topografía para corregir errores comunes en los sistemas actuales de navegación por satélite (GNSS) . Utiliza mediciones de la fase de la onda portadora de la señal además del contenido de información de la señal y se basa en una única estación de referencia o estación virtual interpolada para proporcionar correcciones en tiempo real, proporcionando una precisión de hasta centímetros (ver DGPS ). [1] Con referencia al GPS en particular, el sistema se conoce comúnmente como mejora de fase portadora o CPGPS . [2] Tiene aplicaciones en agrimensura , levantamientos hidrográficos y navegación de vehículos aéreos no tripulados .
La distancia entre un receptor de navegación por satélite y un satélite se puede calcular a partir del tiempo que tarda una señal en viajar desde el satélite hasta el receptor. Para calcular el retraso, el receptor debe alinear una secuencia binaria pseudoaleatoria contenida en la señal con una secuencia binaria pseudoaleatoria generada internamente. Dado que la señal del satélite tarda en llegar al receptor, la secuencia del satélite se retrasa en relación con la secuencia del receptor. Al retrasar cada vez más la secuencia del receptor, las dos secuencias acaban alineándose.
La precisión de la medición de alcance resultante es esencialmente una función de la capacidad de la electrónica del receptor para procesar con precisión las señales del satélite y de fuentes de error adicionales, como retrasos ionosféricos y troposféricos no mitigados , errores de trayectos múltiples, de reloj del satélite y de efemérides . [3]
RTK sigue el mismo concepto general, pero utiliza la onda portadora de la señal del satélite como señal, ignorando la información contenida en ella. RTK utiliza una estación base fija y un móvil para reducir el error de posición del móvil. La estación base transmite datos de corrección al móvil.
Como se describió en la sección anterior, el alcance a un satélite se calcula esencialmente multiplicando la longitud de onda de la portadora por el número de ciclos completos entre el satélite y el móvil y sumando la diferencia de fase. Determinar el número de ciclos no es trivial, ya que las señales pueden cambiar de fase en uno o más ciclos. Esto da como resultado un error igual al error en el número estimado de ciclos multiplicado por la longitud de onda, que es de 19 cm para la señal L1. Resolver este problema de búsqueda de ambigüedad de enteros da como resultado una precisión centimétrica. El error se puede reducir con métodos estadísticos sofisticados que comparan las mediciones de las señales C/A y comparando los rangos resultantes entre múltiples satélites.
La mejora posible utilizando esta técnica es potencialmente muy alta si se continúa asumiendo una precisión del 1% en el bloqueo. Por ejemplo, en el caso del GPS, el código de adquisición aproximada (C/A), que se transmite en la señal L1, cambia de fase a 1,023 MHz, pero la portadora L1 en sí es 1575,42 MHz, que cambia de fase más de mil veces. más a menudo. Por lo tanto, un error de ±1 % en la medición de la fase de la portadora L1 corresponde a un error de ±1,9 mm en la estimación inicial. [4]
.jpg/1280px-SparkFun_RTK_Surveying_Kit_(51635467766).jpg)
En la práctica, los sistemas RTK utilizan un único receptor de estación base y varias unidades móviles. La estación base retransmite la fase de la portadora que observa y las unidades móviles comparan sus propias mediciones de fase con la recibida desde la estación base. Hay varias formas de transmitir una señal de corrección desde una estación base a una estación móvil. La forma más popular de lograr una transmisión de señal de bajo costo y en tiempo real es utilizar un módem de radio , generalmente en la banda UHF . En la mayoría de los países, determinadas frecuencias se asignan específicamente para fines RTK. La mayoría de los equipos topográficos tienen un módem de radio de banda UHF incorporado como opción estándar. RTK proporciona mejoras de precisión hasta unos 20 km desde la estación base. [5]
Esto permite que las unidades calculen su posición relativa con una precisión de milímetros, aunque su posición absoluta es exacta sólo con la misma precisión que la posición calculada de la estación base. Para RTK con una única estación base, se puede lograr una precisión de 8 mm + 1 ppm (partes por millón/1 mm por km) horizontal y 15 mm + 1 ppm vertical con respecto a la estación base, dependiendo del dispositivo [6] . Por ejemplo, con una estación base a 16 km (un poco menos de 10 millas) de distancia, el error horizontal relativo sería 8 mm + 16 mm = 24 mm (un poco menos de una pulgada).
Aunque estos parámetros limitan la utilidad de la técnica RTK para la navegación general, la técnica se adapta perfectamente a funciones como la topografía. En este caso, la estación base está ubicada en un lugar estudiado conocido, a menudo un punto de referencia , y las unidades móviles pueden producir un mapa de alta precisión tomando correcciones relativas a ese punto. RTK también ha encontrado usos en sistemas de conducción automática/piloto automático, agricultura de precisión , sistemas de control de máquinas y funciones similares.
Network RTK amplía el uso de RTK a un área más grande que contiene una red de estaciones de referencia. [7] La confiabilidad y precisión operativas dependen de la densidad y las capacidades de la red de estaciones de referencia. Con la red RTK, se puede lograr una precisión de 8 mm + 0,5 ppm horizontal y 15 mm + 0,5 ppm vertical en relación con la estación más cercana, según el dispositivo. [6] Por ejemplo, con una estación base a 16 km (un poco menos de 10 millas) de distancia, el error horizontal relativo sería de 8 mm + 8 mm = 16 mm (aproximadamente 5/8 de pulgada).
Una red de estaciones de referencia en funcionamiento continuo (CORS) es una red de estaciones base RTK que transmiten correcciones, generalmente a través de una conexión a Internet. La precisión aumenta en una red CORS, porque más de una estación ayuda a garantizar el posicionamiento correcto y protege contra una inicialización falsa de una única estación base. [8]
Una red de referencia virtual (VRN) puede mejorar de manera similar la precisión sin utilizar una estación base. [9]