無人機(jī)飛行途中的RTK差分定位技術(shù)解析
一.什么是RTK
實時動態(tài)差分法(Real-time kinematic,RTK)又稱載波相位差分技術(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時獲得厘米級定位精度的測量方法,可以實時提供觀測點的三維坐標(biāo),達(dá)到厘米級的高精度。與偽差分原理相同,基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實時向用戶站傳輸載波觀測和站坐標(biāo)信息。用戶站接收GPS衛(wèi)星的載波相位和基準(zhǔn)站的載波相位,形成相位差分觀測值進(jìn)行實時處理,可以實時給出厘米級的定位結(jié)果。實現(xiàn)載波相位差分GPS方法分為修正法和差分法兩類。前者與偽差分相同,基準(zhǔn)站將載波相位修正發(fā)送給用戶站,以糾正載波相位,然后求解坐標(biāo)。后者將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送到用戶臺進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。前者為準(zhǔn)RTK技術(shù),后者是真實的RTK技術(shù)。
二.GPS與RTK
RTK技術(shù)基于上述基準(zhǔn)站和用戶站的載波相位上的,采用載波相位動態(tài)實時差分法。GPS應(yīng)用的主要里程碑,是工程放樣、地形測圖、各種控制測量帶來了新的曙光,大大提高了外部作業(yè)效率。
常規(guī)GPS測量方法有靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)等,都需要事后解算才能獲得厘米級精度,而且RTK是一種能在野外實時獲得厘米級定位精度的測量方法,采用載波相位動態(tài)實時差分(Real–timekinematic)方法,是GPS應(yīng)用的重要里程碑,給工程放樣、地形測圖、各種控制測量帶來了新的曙光,大大提高了外部作業(yè)效率。
高精度的GPS載波相位觀測值必須用于測量,RTK定位技術(shù)是一種基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù),可實時提供指定坐標(biāo)系中測量站點的三維定位結(jié)果,達(dá)到厘米級精度。RTK在操作模式下,基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測量站坐標(biāo)信息傳輸?shù)揭苿诱尽R苿诱静粌H通過數(shù)據(jù)鏈接收到基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),還收集數(shù)據(jù)GPS觀察數(shù)據(jù),在系統(tǒng)中形成差異觀測值進(jìn)行實時處理,并給出厘米級定位結(jié)果,持續(xù)時間不到一秒鐘。移動站可以處于靜止?fàn)顟B(tài)或運動狀態(tài);進(jìn)入動態(tài)操作前可以在固定點初始化,也可以在動態(tài)條件下直接啟動,在動態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索解決。整周知數(shù)解固定后,每個歷元都可以實時處理。只要能跟蹤四顆以上衛(wèi)星相位觀測值和必要的幾何圖形,移動站就可以隨時給出厘米級定位結(jié)果。
RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),RTK定位時,基準(zhǔn)站接收機(jī)需要將觀測數(shù)據(jù)(偽距觀測值、相位觀測值)和已知數(shù)據(jù)實時傳輸給移動站接收機(jī)。數(shù)據(jù)量相對較大,一般需要9600波特率,這在無線電中并不難實現(xiàn)。
近年來,無人機(jī)市場非常火爆,無人機(jī)公司數(shù)不勝數(shù)。無人機(jī)的應(yīng)用場合也很多,如農(nóng)業(yè)、物流、安全、巡航、測繪、航拍等。與此同時,無人機(jī)市場也催生了許多配套設(shè)備的發(fā)展。RTK在工業(yè)無人機(jī)的應(yīng)用就是一個很好的例子。它的準(zhǔn)確性可以說是完美的,固定解狀態(tài)的定位精度可以達(dá)到厘米級。這里就不分析RTK系統(tǒng)是如何工作了,主要講的是如何應(yīng)用這個系統(tǒng)。
RTK全名稱為載波相位差分,其應(yīng)用依賴基站的差分信號。然后在接收器上求差解決坐標(biāo)位置。這種解算的數(shù)據(jù)定位精度可以達(dá)到厘米級。當(dāng)然,這是相對于基站的定位精度,因為基站自己的坐標(biāo)屬于單點位置,單點位置本身存在誤差。
RTK一旦進(jìn)入固定解,里面有很多數(shù)據(jù)可以使用,不僅是位置,還有高度。但是對的RTK數(shù)據(jù)的可靠性要求仍然非常重要,因為基本上在市場上RTK系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的可靠性是99.99%,還需要考慮中間差分?jǐn)?shù)據(jù)鏈突然斷裂。因此,還需要用RTK的一些數(shù)據(jù)判斷,如固定解標(biāo)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在無人機(jī)上的應(yīng)用在一定程度上非常重要。畢竟,這是在天空中飛行的。一旦出問題,損失就會很大。目前,許多領(lǐng)域的無人機(jī)都需要精準(zhǔn)定位。例如,農(nóng)業(yè)無人機(jī)在噴灑時要求不漏噴、不重噴,這就需要RTK在系統(tǒng)了,有些無人機(jī)的電子羅盤容易受到干擾,比如電力巡航可以采用定位定向的RTK系統(tǒng)。
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