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) . [1] 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 (véase DGPS ). [2] Con referencia al GPS en particular, el sistema se conoce comúnmente como mejora de la fase portadora o CPGPS . [3] Tiene aplicaciones en topografía terrestre , topografía hidrográfica y en 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. Como 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 del rango 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 , trayectos múltiples, reloj del satélite y errores de efemérides . [4]
RTK sigue el mismo concepto general, pero utiliza la onda portadora de la señal satelital 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 hasta un satélite se calcula básicamente multiplicando la longitud de onda de la portadora por el número de ciclos completos entre el satélite y el explorador y sumando la diferencia de fase. Determinar el número de ciclos no es trivial, ya que las señales pueden estar desfasadas en uno o más ciclos. Esto da como resultado un error igual al error en el número estimado de ciclos por la longitud de onda, que es de 19 cm para la señal L1. La solución de este llamado problema de búsqueda de ambigüedad de números enteros da como resultado una precisión de centímetros. El error se puede reducir con métodos estadísticos sofisticados que comparan las mediciones de las señales C/A y comparando los alcances resultantes entre múltiples satélites.
La mejora posible con esta técnica es potencialmente muy alta si se sigue 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 de 1575,42 MHz, que cambia de fase mil veces más a menudo. Un error de ±1% en la medición de la fase de la portadora L1 corresponde, por tanto, a un error de ±1,9 mm en la estimación de la línea base. [5]
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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 de la estación base. Hay varias formas de transmitir una señal de corrección de la estación base a la estación móvil. La forma más popular de lograr una transmisión de señal en tiempo real y a bajo costo es utilizar un módem de radio , generalmente en la banda UHF . En la mayoría de los países, ciertas frecuencias se asignan específicamente para fines RTK. La mayoría de los equipos de topografía tienen un módem de radio de banda UHF incorporado como opción estándar. RTK proporciona mejoras de precisión hasta aproximadamente 20 km desde la estación base. [6]
Esto permite que las unidades calculen su posición relativa con una precisión de milímetros, aunque su posición absoluta es precisa solo con la misma precisión que la posición calculada de la estación base. Para RTK con una sola 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, según el dispositivo. [7] 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 + 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 es perfectamente adecuada para funciones como la topografía. En este caso, la estación base se encuentra en una ubicación topográfica conocida, a menudo un punto de referencia , y las unidades móviles pueden entonces producir un mapa de gran precisión tomando posiciones relativas a ese punto. RTK también se ha utilizado en sistemas de conducción automática/piloto automático, agricultura de precisión , sistemas de control de maquinaria y funciones similares.
La tecnología RTK en red extiende el uso de RTK a un área más grande que contiene una red de estaciones de referencia. [8] La confiabilidad y precisión operativas dependen de la densidad y las capacidades de la red de estaciones de referencia. Con la tecnología RTK en red, se puede lograr una precisión de 8 mm + 0,5 ppm en horizontal y 15 mm + 0,5 ppm en vertical con respecto a la estación más cercana, según el dispositivo. [7] 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 de 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 evita una inicialización falsa de una sola estación base. [9]
Una red de referencia virtual (VRN) puede mejorar de manera similar la precisión sin utilizar una estación base, [10] utilizando estaciones de referencia virtuales (VRS) en su lugar. El concepto puede ayudar a satisfacer este requisito utilizando una red de estaciones de referencia. Una configuración CORS típica consiste en una única estación de referencia desde la cual se envían los datos brutos (o correcciones) al receptor móvil (es decir, el usuario). El usuario luego forma las diferencias de fase de la portadora (o corrige sus datos brutos) y realiza el procesamiento de datos utilizando las correcciones diferenciales. En contraste, las arquitecturas de red GNSS a menudo hacen uso de múltiples estaciones de referencia. Este enfoque permite un modelado más preciso de errores sistemáticos dependientes de la distancia causados principalmente por refracciones ionosféricas y troposféricas , y errores de órbita satelital . Más específicamente, una red GNSS disminuye la dependencia del presupuesto de error de la distancia de la antena más cercana.