リアルタイムキネマティック測位

リアルタイムキネマティック測位( RTK ) は、現在の衛星航法 (GNSS)システムの一般的な誤差を補正するための測量の応用です。 ^{[ 1 ]}信号の情報内容に加えて、信号の搬送波の位相の測定値を使用し、単一の基準局または補間された仮想局に依存してリアルタイム補正を提供し、センチメートルレベルの精度を実現します( DGPS を参照)。^{[ 2 ]}特に GPS に関して言えば、このシステムは一般的に搬送波位相強調、またはCPGPSと呼ばれています。^{[ 3 ]}土地測量、水路測量、および無人航空機の航法に応用されています。

衛星航法受信機と衛星間の距離は、衛星から受信機まで信号が伝わる時間から計算できます。遅延を計算するには、受信機は信号に含まれる擬似乱数バイナリシーケンスを、内部で生成された擬似乱数バイナリシーケンスに合わせる必要があります。衛星信号が受信機に到達するまでには時間がかかるため、衛星のシーケンスは受信機のシーケンスに対して遅延します。受信機のシーケンスを徐々に遅延させることで、最終的に2つのシーケンスは一致します。

結果として得られる距離測定の精度は、基本的に受信機の電子機器が衛星からの信号を正確に処理する能力と、軽減されていない電離層および対流圏の遅延、マルチパス、衛星クロックおよび暦の誤差などの追加の誤差源に依存します。^{[ 4 ]}

RTKは基本的な概念は同じですが、衛星信号の搬送波を信号として使用し、搬送波に含まれる情報は無視します。RTKは固定基地局と移動局を使用して、移動局の位置誤差を低減します。この目的のために、基地局は補正データを移動局に送信します。

前述の通り、衛星までの距離は基本的に、搬送波波長に衛星と移動局間の搬送波サイクル数を乗じ、位相差を加えることで算出されます。信号は1サイクル以上位相がずれる可能性があるため、サイクル数を正確に決定するのは容易ではありません。この結果、推定サイクル数の誤差に波長を乗じた値に等しい誤差が生じます。L1 信号の場合、この誤差は19cmです。このいわゆる整数曖昧性探索問題を解くことで、センチメートル単位の精度が得られます。この誤差は、C/A信号からの測定値を比較し、複数の衛星間の距離を比較する高度な統計的手法を用いることで低減できます。近くの基地局が移動局のバイアスを測定すれば、移動局はより複雑な計算を省略できます。

この技術を用いることで得られる改善は、 ロック精度を1%と仮定し続ける限り、潜在的に非常に高い。例えば、GPSの場合、L1信号で送信される粗捕捉（C/A）コードは1.023MHzで位相 が変化するが、L1搬送波自体は1575.42MHzであり 、1000倍以上も頻繁に位相が変化する。 したがって、L1搬送波位相測定の±1%の誤差は、 ベースライン推定の±1.9mmの誤差に相当する。^{[ 5 ]}

実際には、RTK システムでは、単一の基地局受信機と複数の移動局を使用します。基地局は観測した搬送波の位相を再送信し、移動局は基地局から受信した位相測定値と自身の位相測定値を比較します。基地局から移動局へ補正信号を送信する方法はいくつかあります。リアルタイムで低コストの信号伝送を実現する最も一般的な方法は、通常UHF バンドの無線モデムを使用することです。ほとんどの国では、RTK 用に特定の周波数が割り当てられています。ほとんどの測量機器には、標準オプションとして UHF バンドの無線モデムが内蔵されています。RTK は、基地局から約 20 km まで精度を向上させます。 ^{[ 6 ]} 

これにより、ユニットは相対位置をミリメートル単位で計算できますが、絶対位置の精度は、ベースステーションの計算された位置と同じ精度になります。単一のベースステーションを使用した RTK では、デバイスに応じて、ベースステーションに対して水平方向 8mm + 1ppm (百万分率 / 1mm/km)、垂直方向 15mm + 1ppm の精度を達成できます。^{[ 7 ]} 例えば、ベースステーションが 16  km (10 マイル弱) 離れている場合、相対水平誤差は 8mm + 16mm = 24mm (1 インチ弱) になります。

これらのパラメータによってRTK技術の一般的なナビゲーションにおける有用性は制限されるものの、測量などの用途には最適である。測量の場合、基地局は既知の測量地点（多くの場合、基準点）に設置され、移動局はその地点を基準として位置を特定することで、非常に精度の高い地図を作成できる。RTKは、自動運転／自動操縦システム、精密農業、機械制御システムなどにも活用されている。

連続稼働基準局（CORS） とは、通常インターネット接続を介して補正データを継続的に送信する局のことです。一般的なCORS構成は、単一の基準局から生データ（または補正データ）が移動局受信機（つまりユーザー）に送信されるというものです。ユーザーは搬送波位相差を算出し（または生データを補正し）、差分補正データを用いてデータ処理を行います。

PPP-RTK（SSR-RTKとも呼ばれる）は、RTKと精密単点測位（PPP）の技術を組み合わせたものです。PPPは、近くの基地局からローカル擬似距離補正（「観測空間」）を受信する代わりに、衛星の軌道とクロックに関するグローバルに適用可能な補正（「状態空間」）を使用し、長期間の観測を使用して整数曖昧性を解消します。PPP-ARと呼ばれるバリエーションでは、バイアスデータを追加して曖昧性をより迅速に解消します。PPP-RTK/SSR-RTKは、PPP-ARのグローバルに適用可能な補正と、基地局からの位置依存情報（電離層および対流圏補正）を組み合わせます。その結果、基地局の近くではRTKと同じくらい迅速に位置を確定できます。基地局から遠く離れると、PPPのより高速で高精度なバージョンとして機能します。^{[ 12 ]}

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• CORSマップ：常時稼働する基準局のグローバルネットワーク。
• GBASマップ：地上型補強基準ビーコン（GBAS）のグローバルマップカバレッジ。
• ガイドライン単一基地リアルタイムGNSS測位に関するユーザーガイドライン（NOAA）
• RTK受信機をUAVおよびロボットに統合するためのRTK統合マニュアル
• RTKの歴史 RTK黎明期に関わった人々による記事