Posicionamiento cinemático en tiempo real

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 informativo de la misma, y ​​se basa en una única estación de referencia o estación virtual interpolada para proporcionar correcciones en tiempo real, con una precisión de hasta nivel centimétrico (véase DGPS ). ^{[ 2 ]} En referencia al GPS en particular, el sistema se conoce comúnmente como mejora de fase portadora o CPGPS . ^{[ 3 ]} Tiene aplicaciones en topografía terrestre , topografía hidrográfica 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 retardo, 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 con respecto a la del receptor. Al retrasar progresivamente la secuencia del receptor, ambas secuencias finalmente se alinean.

La precisión de la medición de alcance resultante depende esencialmente de la capacidad de la electrónica del receptor para procesar con precisión las señales del satélite, y de fuentes de error adicionales como los retrasos ionosféricos y troposféricos no mitigados , la propagación multitrayecto, el reloj del satélite y los errores de efemérides . ^{[ 4 ]}

RTK sigue el mismo concepto general, pero utiliza la onda portadora de la señal satelital como señal propia, ignorando la información que contiene. RTK emplea una estación base fija y un receptor móvil para reducir el error de posición de este último . Para ello, la estación base transmite datos de corrección al receptor móvil.

Como se describió en la sección anterior, el alcance a un satélite se calcula multiplicando la longitud de onda portadora por el número de ciclos portadores completos entre el satélite y el rover, 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 genera 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 entera permite obtener una precisión centimétrica. El error se puede reducir mediante métodos estadísticos sofisticados que comparan las mediciones de las señales C/A y comparando los alcances resultantes entre varios satélites. Si una estación base cercana mide el sesgo para el rover, este puede prescindir del cálculo más complejo.

La mejora posible mediante 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 gruesa (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 más de mil veces más a menudo. Un error de ±1 % en la medición de la fase de la portadora L1 corresponde, por lo tanto, a un error de  ±1,9 mm en la estimación de la línea base. ^{[ 5 ]} 

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. Existen varias formas de transmitir una señal de corrección desde la estación base a la estación móvil. La forma más común de lograr una transmisión de señal en tiempo real y de bajo coste es mediante un módem de radio , normalmente 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 incorporan un módem de radio en banda UHF como opción estándar. RTK proporciona mejoras en la precisión hasta aproximadamente 20  km de la estación base. ^{[ 6 ]}

Esto permite que las unidades calculen su posición relativa con una precisión de milímetros, aunque su posición absoluta solo tiene 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, dependiendo del 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).

Si bien estos parámetros limitan la utilidad de la técnica RTK para la navegación general, resulta ideal para aplicaciones como la topografía. En este caso, la estación base se ubica en un punto de referencia conocido, a menudo un punto de control , y las unidades móviles generan un mapa de alta precisión mediante la obtención de coordenadas relativas a dicho punto. La tecnología RTK también se utiliza en sistemas de conducción autónoma/piloto automático, agricultura de precisión , sistemas de control de maquinaria y aplicaciones similares.

Una estación de referencia de operación continua (CORS ) es una estación que transmite correcciones de forma continua, generalmente a través de una conexión a Internet. Una configuración CORS típica consta de una única estación de referencia desde la cual se envían los datos brutos (o correcciones) al receptor móvil (es decir, al usuario). El usuario calcula las diferencias de fase de la portadora (o corrige sus datos brutos) y procesa los datos utilizando las correcciones diferenciales.

PPP-RTK, también conocido como SSR-RTK, es una combinación de RTK con técnicas de posicionamiento preciso de punto (PPP). En lugar de recibir correcciones de pseudodistancia locales ("espacio de observación") de estaciones base cercanas, PPP utiliza correcciones aplicables globalmente sobre la órbita y el reloj del satélite ("espacio de estado") y un largo período de observación para resolver la ambigüedad entera; una variante llamada PPP-AR agrega datos de sesgo para resolver la ambigüedad más rápidamente. PPP-RTK/SSR-RTK combina las correcciones aplicables globalmente de PPP-AR con información dependiente de la ubicación (correcciones ionosféricas y troposféricas) de una estación base. Como resultado, obtiene fijaciones de posición tan rápidamente como RTK cuando está cerca de la estación base. Cuando está más lejos de la estación base, actúa como una versión más rápida y precisa de PPP. ^{[ 12 ]}

• GPS diferencial
• Servicio Europeo de Superposición de Navegación Geoestacionaria (EGNOS)
• Sistema de posicionamiento Galileo
• Sistema de Posicionamiento Global
• GLONASS
• BeiDou
• NavIC
• NTRIP

• RTK: Conceptos detallados de GNSS, RTK y posicionamiento por satélite en profundidad.
• Mapa CORS: Red global de estaciones de referencia de funcionamiento continuo.
• Mapa GBAS : Cobertura global de balizas de referencia de aumento terrestres (GBAS).
• Guía de usuario para el posicionamiento GNSS en tiempo real con base única (NOAA)
• Manual de integración RTK para integrar receptores RTK en vehículos aéreos no tripulados y robótica.
• Historia de RTK: Un artículo escrito por personas involucradas en los inicios de RTK.