無人機中的GPS定位、DGPS差分定位、RTK差分定位

1、GPS定位

GPS衛星在空中連續發送帶有時間和位置信息的無線電信號,供GPS接收機接收。由於傳輸的距離因素,接收機接收到信號的時刻要比衛星發送信號的時刻延遲,通常稱之爲時延,因此,也可以通過時延來確定距離。衛星和接收機同時產生同樣的僞隨機碼,一旦兩個碼實現時間同步,接收機便能測定時延;將時延乘上光速,便能得到距離。由於尚未對因“衛星時鐘與接收機時鐘同步誤差”等影響加以改正,在所測距離中包含着時鐘誤差因素在內,故稱“僞距”。

僞距:距離 = 波速×傳播時間

對C/A碼測得的僞距稱爲C/A碼僞距,精度約爲20米左右,對P碼測得的僞距稱爲P碼僞距,精度約爲2米左右。考慮電離層、對流層和鐘差影響,僞距定位基本觀測方程爲(其中C/A碼與P碼均爲GPS衛星在空中連續發送的信息,但是兩者的頻率不同)

令衛星的座標爲P_s_,_k\inR^3,k=1...n_sn_s爲衛星的個數)而用戶接收機的位置座標爲。可以得到

式子中,無人機的位置P_r我們位置,並且其爲三維空間座標即共有三個未知數,加上接收機時鐘同衛星鐘的誤差改正數,故共有四個未知數。因此,最少需要4顆衛星,才能夠對用戶接收機進行定位。當然由同學會說GPS接收機和每顆衛星的誤差改正數改正數難道都一樣嗎,答案是肯定不是一樣的但是近似一樣,因爲GPS的衛星時鐘精度達20ns對於定位來說完全可以看作所有的GPS衛星具有同一個時間。

2、差分GPS(DGPS)

在理解差分GPS前先了解一下GPS定位中的誤差

差分GPS(DGPS)主要是通過消除誤差公共項(漂移和噪聲)來改善定位性能。DGPS系統由基準站、數據鏈和用戶三部分構成,它要求有高質量的GPS基準接收機放在已知座標的基準站上,基準站估算每個衛星的測距誤差分量,並對每顆衛星可視範圍內的衛星形成校值,將該校正值或者原始觀測值,通過數據鏈發送給所有的DGPS用戶。

即相較於單GPS定位,附近的基準站(已經得到了其精確的地理座標)將其精確座標與接收到的GPS座標進行差分,獲得校準值,由校準值發送到接收機中,接收機再將GPS座標和校準值做差分,用戶就得到了精確地理座標,原理聽起來還是很簡單的。

3、RTK-GPS定位

在上面的基礎上很容易理解RTK-GPS的概念,RTK即Real - time kinematic,實時動態,也是差分GPS中的一種,但是不同的是其基站由我們自己建造,建造後可以實時的向我們的接收機也就是無人機發送校正數據,且自己建造的基準站與設備距離近,更加精確,精度可達2cm!

RTK系統中,由base和rover兩部分組成,如我參與開發的多無人機系統,無人機爲rover端。目前購買的rtk模塊,rover和基站爲相同,即由一個RTK-GPS天線和芯片電路模塊組成,在構建時需先連接電腦設置爲base端或rover端。

後面會再補充完整的RTK設置內容及原理,目前事情因爲要寫論文和整理所學東西原因暫時到這裏吧。

 

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