改编自Stacey Hartmann的《History of RTK》@ The American Surveyor

项目走向实施

1991年初,美国陆军工程兵团(USACE)的疏浚研究计划已经取得第一阶段的成功:OTF收集到的数据和测试结果令人满意;完整地定义了系统;并且已经验证了使用RTK在测量船上进行验潮的想法。1991年夏天,该团队继续进行第二阶段的实验,目标是为最终用户制定适当的作业指导书并定义海洋环境中的操作标准。

1993年,Richard Barker、Dariusz Lapucha和Kurt Maynard在USACE勘测船Adams号上进行OTF-RTK系统演示。资料来源:Steve DeLoach

当时,荷兰代尔夫特理工大学(Delft University of Technology)的Peter Teunissen博士研究的LAMBDA方法提高了整周模糊度搜索的效率和可靠性。

Remondi回忆道,他放弃最初的多普勒方法来初始化OTF,转而采用类似网格的方法来寻找最佳整周模糊度。“刚开始的时候效果很差,因为我们只有单频接收机。后来,我们添加了一个微弱的第二频率(半周期L2数据),结果得到了改善。”

很快,全周期L2 GPS接收机的开发使得搜索变得更容易。Remondi说:“随着我们的搜索方法越来越好,我们对更好的信号和更多的卫星越来越乐观。Steve 与John E. Chance签订了合同,RTK的商业化正式开启了。

Trimble的第一个商业RTK系统首次亮相

1991年,Nick Talbot在澳大利亚皇家墨尔本理工大学完成了他的博士论文《实时高精度GPS定位概念:建模、处理和结果》后,加入了Trimble在加利福尼亚州Sunnyvale的工程团队。

Trimble 4000SSE接收机大大降低了尺寸和功耗,并极大地改善了双频信号测量。资料来源:美国天宝

在Trimble工作的早期,Talbot负责研发公司的第一个RTK产品,并与Timo Allison博士一起,致力于算法的研究。Allison是Trimble的元老,他开发过Trimble早期GPS产品的定位引擎,还负责信号跟踪固件的开发。RTK开发团队的其他成员从事GPS接收机数据通信和数据采集器通信接口的工作。

最终的产品是基于4000SSE接收机的Trimble Site Surveyor RTK系统。与早期型号相比,4000SSE接收机的尺寸和功耗大幅降低,这使得它可以轻松地放在背包里携带。重要的是,4000SSE使用了一种新的数字信号处理器Maxwell芯片,提供了高质量的双频测量,这将成为OTF实时动态的强大推动力。

USACE与JECA合作完成系统的最终步骤

在20世纪80年代,海洋定位仍然是一项艰巨、冒险和昂贵的工作,Kurt Maynard 从他在John E. Chance & Associates (JECA)的研发工作中亲身体验到了这一点。JECA是由一位曾在德州石油行业工作过的测量员于1957年创立的。

当DeLoach的公司聘请JECA开发实时、基于卫星的定位和通信系统,并在自己的船队中使用这些工具支持墨西哥湾石油工业时,Maynard的公司成为了USACE RTK项目的一员。

JECA最初依赖的系统,如罗兰-C电台或无线电定位,精度有限,但能够开发自己的类似GPS的系统,Starfix,基本上是HBO卫星上的GPS。JECA还拥有关于墨西哥湾石油租赁和管道地点的数据库。DeLoach说,任何时候,石油公司想要抛锚或钻井,他们都必须致电给JECA为他们的船只提供位置,而JECA为此设计和开发了Starfix。

Maynard回忆道,JECA和USACE之间的这种关系使两个实体都能够进行创新,因为彼此之间有相互需要的东西,而且可以在不同的项目上合作。USACE对Starfix感兴趣是因为它比陆基的视线定位系统好得多,Starfix虽然不具备GPS用于厘米级定位的潜力,但它拥有在陆地站和船舶之间传输数据并实时计算位置的能力。反之,USACE将算法用于实际执行OTF-RTK的任务,具有厘米级的3D精度。但对于USACE来说,它需要是实时的,一个可以在笔记本电脑上运行的程序。

此外,担任海事服务无线电技术委员会(RTCM)差分载波相位工作组主席的Gloeckler与Hatch、Hein和Remondi,合作开发了从基站传输信号的数据标准,也促成了OTF-RTK。

开发原型变为现实

将后处理软件移动到实时平台上,并将硬件组件连接到开发原型中将是一项重大挑战。1992年夏天,USACE和JECA整个团队通力合作,最终由Remondi、Dariusz Lapucha 博士和Richard Barker修改了开发原型的元件库和软件。

Maynard回忆道,Remondi 和Lapucha几乎日夜的在一个封闭的房间里工作了将近一个月。他们将大量软件程序转换成足够便携的东西,可以在笔记本电脑上使用,并能连接Trimble接收机以从中读取RTK数据。使用Trimble接收机是因为USACE已经用它们进行静态大地测量工作,而Trimble执行团队的原始成员Ron Hyatt与DeLoach达成了协议,向USACE无偿提供内部设备代码。

“每个人都想要它,”Maynard说,“我认为将它融入一个工作系统大约需要两到三个月的时间。该工作系统由一台笔记本电脑、一个Trimble 4000SSE接收机和一个无线电通信链路组成,该链路将原始数据从基站传送给用户,以便能够实现实时动态。”

该系统的使用始于1993年3月左右,它被安装在USACE的勘测船Adams上,分别在Norfolk、Wilmington的Gillette和Portland的Hickson进行了演示。这些演示和以往的许多其他测试证明了该系统是有效的。

“我们在过去几个月中使用OTF系统的经验使我们确信,利用为该项目开发的软件,我们可以使用当前的GPS接收机和计算机实时获得厘米级精度。”项目团队在《GPS载波相位模糊度实时动态测试结果》中写道,该报告在1993年9月的导航卫星研究所第6次国际技术会议上发表。