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厘米精度 GPS/GNSS - RTK 解释

厘米级GPS/GNSS简介

想想您的手机或汽车中的 GPS/GNSS 接收器:这就是所谓的标准 GPS(或 GNSS*)接收器。 当今市场上的标准 GNSS 接收器具有 2 到 10 米的精度,并且仅适用于室外条件。 该精度取决于 GPS 接收器制造商的质量,以及天空视野是否被任何物体或建筑物阻挡。 在完美的条件下, 您可以达到的最佳效果是绝对精度约为 2 米。

*GNSS 代表全球导航卫星系统,这个词不仅包括 GPS,还包括其他基于卫星的定位系统,如 GLONASS、 BEIDOU, Galileo,QZSS…

有趣的是,如果我们将 2 个 GNSS 接收器并排放置在空旷的场地中,两者都会有上面提到的相同的 2 米误差,并且方向相同! 此错误称为标准 GNSS 错误。 由于这种特性,可以以 1 厘米的精度计算它们之间的相对距离。 所以我们仍然有 2 米的绝对误差,但相对精度只有 1 厘米。

想象一下,现在我们将两个 GNSS 接收器之一安装在一个固定的已知位置,精度为厘米。 我们现在在第二个单位中同时具有 1 厘米的绝对精度和 1 厘米的相对精度! 看看这个非常棒的 2 分钟视频 u-blox 厘米位置介绍.

但这种技术并不新鲜。 这是一项非常古老的技术,称为差分 GNSS 或 RTK GNSS(实时运动学),20 多年来,它已允许民用应用具有 1 厘米的精度(RTK 位置)。 在RTK用语中,静态单位称为“基站”,移动单位称为“Rover“。

“那有什么新鲜事? 我还听说这是一项非常昂贵的技术,您需要接受培训才能使用它,对吗?”
“不再 :)”

At ArduSimple 我们努力使 GNSS RTK 技术变得简单、价格实惠且可供所有人使用。 通过一系列入门套件、教程和 OEM 产品,我们可以让我们的客户:

  • 测试该技术并相信以可承受的成本实现厘米级精度是可能的。
  • 借助我们的即插即用开发板和入门套件,加速他们的项目和产品。
  • 借助我们的支持、交钥匙服务和预配置的 OEM 产品,创建产品和解决方案。

“那我该如何开始?”

GNSS RTK 接收机

首先,我们需要一个可以计算 RTK 位置的 GNSS 接收器,例如 simpleRTK2B。标准 GNSS 接收器没有足够的计算能力来进行 RTK。

其次我们需要一个非常好的 GNSS 天线,比如 simpleANT2B。我们不能使用传统的“廉价”GNSS 天线,因为我们需要接收高质量的信号,这样我们才能真正测量 GNSS 误差。 此外,我们需要忘记在口袋里或窗户旁边使用 RTK GNSS:RTK GNSS 仅适用于无遮挡的天空视图。天线的安装也成为一个重要的话题。我们建议您查看我们的 RTK GNSS 天线安装指南.

既然我们知道了 RTK 接收器的 2 个基本要素,那么您也知道我们推出我们的 基本入门套件:

除非我们在您所在的地区有 RTK 基站,否则我们实际上需要 2 套 RTK 接收机 + RTK 天线,因此其中一套可以用作“基站”,第二套可以用作“Rover”。这就引出了 RTK 校正的主题。

RTK 修正

RTK改正是“基站”发送给“Rover“, 所以 ”Rover”可以用厘米级计算出它的位置。用于发送此信息的语言/协议称为 RTCM。有时你会读到RTK改正和RTCM改正,它基本上是相同的。为了计算该 RTK 位置,两个接收器需要看到或多或少相同的卫星。因此,RTCM 修正仅在距基站 35 公里的范围内有效(有人说 25 公里,有人说 50 公里,具体数字取决于天线和接收机质量)。知道一个基站的修正可以被尽可能多的基站使用也是有用的。 rover尽可能,只要它们在距离基站 35 公里的范围内。这将是一个多rover 设置。

当您从基站超过 35 公里时会发生什么? 不可能再有 1 厘米的精度,而且精度会很快下降到标准的 2 米。

发送 RTK 更正

RTCM/RTK 校正通常每秒发送一次。 并且可以通过有线串行通信、无线链路或IP网络发送。 让我们更详细地检查差异。

接线

对于彼此非常接近的单元,我们可以使用电缆将它们连接起来。 一个串口(TTL,RS232)就足够了。

无线耳机

为了覆盖更长的距离,我们需要无线串行通信。因此,我们在 RTK 接收器上添加了一个套接字(我们称之为 XBee 套接字),从而在底座和接收器之间添加了有线或无线通信。 rover 这几乎是一项即插即用的任务。

为了使其更简单,我们开发了一些入门套件来测试此设置:

MR、LR 和 XLR radio 链路需要基站和基站之间的射频视线 rover 为了工作。看一下 我们关于视觉视线与射频视线的帖子 理解这个概念。

如果您无法保证基地和基地之间的视线 rovers,查看这篇文章: 功能已解锁:使用您的 LR/XLR radio 作为中继器。 但是您会发现中继器也有一些限制,或者如果您需要多个基站,这种类型的 radio 技术不适合你。在这种情况下, 或者如果您恰好在基地和基地都拥有可用的 IP 访问权限 rover 位置(互联网或本地网络),RTK 校正也可以通过 IP 通信发送。

通过 IP 网络

在许多情况下,都可以使用 IP 网络(WiFi、以太网、4G)。针对这种情况,开发了一种分布式 RTK 校正协议,称为 NTRIP。我们将在下一节中更详细地讨论这一点。

什么是 NTRIP?

NTRIP 是一种通过互联网/本地网络数据 IP 数据包分发 RTK 校正的语言/协议。这允许扩展 RTK 网络,具有无限的基地和无限的 rovers。具有多个 NTRIP 设备的网络称为 NTRIP 网络。 NTRIP 网络中有 3 个可能的元素:

  • 国家知识产权局 caster. 它是一种服务器,从一个或多个基站收集 RTK 校正,并将其分发给 Rovers.
  • NTRIP 服务器。 它是一个物理 RTK 基站。它的作用是将 RTK 修正发送到 NTRIP Caster, 所以 Caster 可以将它们分发给其他客户。在只有一个基站的网络中,拥有 NTRIP 服务器+是很常见的caster 一起。在这种情况下,只有 caster 功能已配置。
  • NTRIP 客户端。 想要接收 RTK 校正的 RTK 接收器。实时动态定位 Rovers 是 NTRIP 客户端。

NTRIP 网络

我们的售后服务体系 simpleRTK2B 主板没有 IP 接口(以太网、wifi 等)并且不理解 NTRIP 协议。他们需要外部人员从 NTRIP 转换为 RTCM,反之亦然。 出于这个原因,我们开发了一系列附件以在我们的电路板中启用 NTRIP:

  • 蓝牙: 连接你的 simpleRTK2B 通过蓝牙连接到您的手机。您的手机现在可以充当 NTRIP 客户端(也可以充当服务器或 caster).

NTRIP 蓝牙

  • 无线网络:如果您所在地区有可用的 WiFi 网络,请将 WiFi NTRIP Master 附件并将您的板用作 NTRIP 客户端(也可用作服务器甚至服务器+caster).

ntrip wifi

  • 4G NTRIP 客户端: 让你 simpleRTK2B 在任何有小区覆盖的地方,董事会都成为 NTRIP 客户端。

国行4G

或者,您也可以连接您的 simpleRTK2B 通过 USB 连接到 PC 或手机,并使用 PC 或手机中的应用程序进行此转换。看看我们的 了解如何连接到 NTRIP 的教程 caster.

RTK 校正服务

在一些国家,地方当局已经安装了带有相应 NTRIP 服务器的基站网络,并提供对 NTRIP 的访问 caster 免费,几乎覆盖全国。在这些情况下,通常只需要基本的注册过程。我们为每个国家/地区准备了服务数据库,让您的生活更轻松: 您所在国家/地区的 RTK 校正服务.

如果您有幸在您所在地区拥有 RTK 校正服务,那么您就是需要最少时间的幸运者之一imum 设置使用 RTK。您只需要我们的 基本入门套件 和一台 PC 并连接到上述 NTRIP 之一 Casters,遵循我们的 有关如何连接到 NTRIP 的教程 caster.

还有付费的 RTK 校正服务,在一些国家以合理的价格,在另一些国家以非常高的价格。

我们希望这能帮助您更好地了解我们的工作以及开始使用 RTK 所需的条件。如果您想了解更多信息,您可能有兴趣查看我们的 教程. 如果你找不到你要找的东西,并且你还有任何问题,请不要犹豫 立即联系我们,我们总是回答!

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