2. GNSS基础

要理解RTK为什么能实现厘米级定位，必须先回到GNSS最底层的四个问题：系统由什么组成、时间与坐标用什么基准、卫星发下来的信号长什么样、接收机到底测到了什么。这四件事决定了后续差分、整周模糊度固定和坐标转换的边界。

一、GNSS系统的三大组成部分

无论是GPS、北斗、GLONASS还是Galileo，系统结构都可以抽象为空间段、控制段和用户段三部分。

• 空间段：由多颗中圆地球轨道卫星组成，典型轨道高度约20200km，轨道倾角约55°，保证全球任意地点至少能同时观测到4颗以上卫星。北斗还包含GEO和IGSO卫星，增强亚太区域覆盖。
• 控制段：包括主控站、监测站和注入站。监测站连续跟踪卫星，主控站计算星历、钟差和电离层参数，注入站再上传给卫星，形成导航电文。
• 用户段：即接收机与天线。它只接收、不解码发射，通过测量信号到达时间或相位，结合导航电文中的卫星位置，反算自身位置。

二、时空基准：定位的“尺子”和“钟”

GNSS定位本质上是“用时间换距离”。卫星信号以光速传播，1微秒的时间误差对应约300米的距离误差，因此时间基准必须极其严格。

各系统有各自的系统时间：GPST、BDT、GST等。它们与UTC存在跳秒差异，例如GPST与UTC相差整数秒，而BDT与UTC的偏差更小。工程中若混用多系统，必须统一到同一时间基准，否则会出现米级甚至更大的系统性偏差。

坐标基准同样关键。广播星历给出的卫星位置通常属于系统定义的协议地球坐标系，如WGS-84、CGCS2000。RTK输出的坐标若直接用于施工放样，还需通过七参数或四参数转换到地方坐标系。忽略基准转换，是新手最常见的“定位对了、坐标错了”的根源。

三、信号结构：从载波到导航电文

以GPS L1为例，信号由三部分构成：

北斗B1I、B1C、B2a等信号在频点和调制方式上有所不同，但结构逻辑一致：载波、码、电文三层。RTK通常同时使用多个频点，利用组合观测值削弱电离层影响并加快模糊度固定。

四、伪距与载波相位：两类观测量

伪距是接收机通过测距码相关得到的距离。它等于信号传播时间乘以光速，但包含了卫星钟差、接收机钟差、电离层延迟、对流层延迟等误差，所以叫“伪”距。伪距的优点是绝对、无模糊度，缺点是精度只有米级。

载波相位是接收机对载波信号的相位测量。L1载波波长约19cm，相位测量精度可达波长的1%左右，即毫米级。但相位观测值存在一个未知的整数周数，称为整周模糊度N。只有正确固定N，载波相位才能转化为高精度距离。

五、工程场景：从原始观测到RTK固定解

假设某测绘项目使用北斗+GPS双频接收机，基准站架设在已知点上，流动站进行碎部测量。数据链路如下：

基准站观测: B1I/B2a + L1/L2 伪距与相位
        ↓ 通过电台/4G发送差分改正
流动站观测: 同步伪距与相位
        ↓ 双差组合
消除: 卫星钟差、接收机钟差、电离层/对流层大部分影响
        ↓ LAMBDA搜索
固定整周模糊度 N
        ↓
输出: 厘米级RTK固定解坐标

如果模糊度无法固定，接收机会输出浮点解，精度可能只有分米到米级。此时需要检查卫星数、PDOP、多路径、基线长度和电离层活跃程度。

六、常见误区与复盘

• 误区一：卫星越多越好。低仰角卫星多路径严重，反而污染观测值。工程中常设置截止高度角10°~15°。
• 误区二：伪距和相位可以随意混用。两者误差特性不同，必须通过组合模型处理，不能简单平均。
• 误区三：忽略时间基准。多系统融合时若未统一时间，钟差项会引入系统性偏差。
• 误区四：把RTK固定解当成绝对真值。固定解仍受基准站坐标、坐标转换参数和多路径影响，需做闭合检查。

掌握系统组成、时空基准、信号结构和两类观测量，是后续学习差分定位、网络RTK和PPP-RTK的基础。只有清楚每个误差项从哪来、被什么组合消掉，才能在工程中判断“为什么固定不了”以及“固定了是否可信”。