無(wú)人機飛行途中的RTK差分定位技術(shù)解析
一.什么是RTK
實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法(Real-time kinematic,RTK)又稱(chēng)載波相位差分技術(shù)。這是一種新的常用GPS測量方法。以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測量都需要事后解算才能獲得厘米級的精度。RTK則是一種可以在野外實(shí)時(shí)獲得厘米級定位精度的測量方法,可以實(shí)時(shí)提供觀(guān)測點(diǎn)的三維坐標,達到厘米級的高精度。與偽差分原理相同,基準站通過(guò)數據鏈實(shí)時(shí)向用戶(hù)站傳輸載波觀(guān)測和站坐標信息。用戶(hù)站接收GPS衛星的載波相位和基準站的載波相位,形成相位差分觀(guān)測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,可以實(shí)時(shí)給出厘米級的定位結果。實(shí)現載波相位差分GPS方法分為修正法和差分法兩類(lèi)。前者與偽差分相同,基準站將載波相位修正發(fā)送給用戶(hù)站,以糾正載波相位,然后求解坐標。后者將基準站采集的載波相位發(fā)送到用戶(hù)臺進(jìn)行求差解算坐標。前者為準RTK技術(shù),后者是真實(shí)的RTK技術(shù)。
二.GPS與RTK
RTK技術(shù)基于上述基準站和用戶(hù)站的載波相位上的,采用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分法。GPS應用的主要里程碑,是工程放樣、地形測圖、各種控制測量帶來(lái)了新的曙光,大大提高了外部作業(yè)效率。
常規GPS測量方法有靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)等,都需要事后解算才能獲得厘米級精度,而且RTK是一種能在野外實(shí)時(shí)獲得厘米級定位精度的測量方法,采用載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分(Real–timekinematic)方法,是GPS應用的重要里程碑,給工程放樣、地形測圖、各種控制測量帶來(lái)了新的曙光,大大提高了外部作業(yè)效率。
高精度的GPS載波相位觀(guān)測值必須用于測量,RTK定位技術(shù)是一種基于載波相位觀(guān)測值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),可實(shí)時(shí)提供指定坐標系中測量站點(diǎn)的三維定位結果,達到厘米級精度。RTK在操作模式下,基準站通過(guò)數據鏈將其觀(guān)測值和測量站坐標信息傳輸到移動(dòng)站。移動(dòng)站不僅通過(guò)數據鏈接收到基準站的數據,還收集數據GPS觀(guān)察數據,在系統中形成差異觀(guān)測值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,并給出厘米級定位結果,持續時(shí)間不到一秒鐘。移動(dòng)站可以處于靜止狀態(tài)或運動(dòng)狀態(tài);進(jìn)入動(dòng)態(tài)操作前可以在固定點(diǎn)初始化,也可以在動(dòng)態(tài)條件下直接啟動(dòng),在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索解決。整周知數解固定后,每個(gè)歷元都可以實(shí)時(shí)處理。只要能跟蹤四顆以上衛星相位觀(guān)測值和必要的幾何圖形,移動(dòng)站就可以隨時(shí)給出厘米級定位結果。
RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數據處理技術(shù)和數據傳輸技術(shù),RTK定位時(shí),基準站接收機需要將觀(guān)測數據(偽距觀(guān)測值、相位觀(guān)測值)和已知數據實(shí)時(shí)傳輸給移動(dòng)站接收機。數據量相對較大,一般需要9600波特率,這在無(wú)線(xiàn)電中并不難實(shí)現。
近年來(lái),無(wú)人機市場(chǎng)非?;鸨?,無(wú)人機公司數不勝數。無(wú)人機的應用場(chǎng)合也很多,如農業(yè)、物流、安全、巡航、測繪、航拍等。與此同時(shí),無(wú)人機市場(chǎng)也催生了許多配套設備的發(fā)展。RTK在工業(yè)無(wú)人機的應用就是一個(gè)很好的例子。它的準確性可以說(shuō)是完美的,固定解狀態(tài)的定位精度可以達到厘米級。這里就不分析RTK系統是如何工作了,主要講的是如何應用這個(gè)系統。
RTK全名稱(chēng)為載波相位差分,其應用依賴(lài)基站的差分信號。然后在接收器上求差解決坐標位置。這種解算的數據定位精度可以達到厘米級。當然,這是相對于基站的定位精度,因為基站自己的坐標屬于單點(diǎn)位置,單點(diǎn)位置本身存在誤差。
RTK一旦進(jìn)入固定解,里面有很多數據可以使用,不僅是位置,還有高度。但是對的RTK數據的可靠性要求仍然非常重要,因為基本上在市場(chǎng)上RTK系統對數據的可靠性是99.99%,還需要考慮中間差分數據鏈突然斷裂。因此,還需要用RTK的一些數據判斷,如固定解標志、位置方差等。如果你感興趣,可以自己探索。這也是需要經(jīng)驗的。
RTK在無(wú)人機上的應用在一定程度上非常重要。畢竟,這是在天空中飛行的。一旦出問(wèn)題,損失就會(huì )很大。目前,許多領(lǐng)域的無(wú)人機都需要精準定位。例如,農業(yè)無(wú)人機在噴灑時(shí)要求不漏噴、不重噴,這就需要RTK在系統了,有些無(wú)人機的電子羅盤(pán)容易受到干擾,比如電力巡航可以采用定位定向的RTK系統。
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