基于RTK的農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)定位系統(tǒng)的研究.pdf

1、RTK載波相位差分技術(shù)，是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)接收站載波相位觀測(cè)量的差分方法，可實(shí)時(shí)獲取厘米級(jí)定位解，具有操作性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。高精度的RTK產(chǎn)品幾十萬(wàn)的高昂價(jià)格，使得RTK定位技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用尚不廣泛。隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)的大力支持，農(nóng)業(yè)自動(dòng)化和智能化技術(shù)將會(huì)快速發(fā)展，而獲取高精度的定位解是實(shí)現(xiàn)農(nóng)田車輛自動(dòng)導(dǎo)航的基礎(chǔ)。本研究以農(nóng)田導(dǎo)航的實(shí)際應(yīng)用為首要目的，以美國(guó)Swift公司的Piksi定位模塊為基礎(chǔ)，構(gòu)建RTK系統(tǒng)進(jìn)行研究，前期設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

2、進(jìn)行精度分析，后期根據(jù)項(xiàng)目要求對(duì)電臺(tái)和天線等部分硬件進(jìn)行改進(jìn)，使用濾波算法對(duì)改進(jìn)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終成功將Piksi RTK系統(tǒng)應(yīng)用在農(nóng)田拖拉機(jī)上。主要研究結(jié)果如下:
　　(1) Piksi模塊是一款超高性價(jià)比的定位模塊，RTK靜態(tài)水平定位精度可達(dá)1 cm。使用Piksi模塊時(shí)，要充分考慮周圍的環(huán)境，附近切不可要有高大建筑物等遮擋;配套的console控制軟件可保存3種格式下的6種類型數(shù)據(jù)，完全滿足用戶使用需求;串口直接讀取的P

3、iksi數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)了Swift公司SBP二進(jìn)制協(xié)議的處理，不使用console軟件無(wú)法直接獲取經(jīng)緯度數(shù)據(jù);搭建RTK系統(tǒng)時(shí)，基準(zhǔn)站需要使用console軟件設(shè)置經(jīng)緯度和海拔高度數(shù)據(jù)后發(fā)送給流動(dòng)站。
　　(2)空間大地坐標(biāo)與導(dǎo)航切平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換滿足精度分析的要求;采用標(biāo)準(zhǔn)差(σ)、圓概率誤差(CEP)、距離均方根誤差(RMS)、2倍均方誤差(2DRMS)的指標(biāo)對(duì)Piksi RTK系統(tǒng)靜態(tài)精度進(jìn)行分析，Piksi單個(gè)模塊靜態(tài)單點(diǎn)的定位精

4、度約為8m，RTK的靜態(tài)精度(2drms，95％)約為1.5cm;設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)雙軌實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了直線擬合評(píng)估動(dòng)態(tài)直線精度的可行性，當(dāng)流動(dòng)站在0.4m/s-2.3m/s的平均速度范圍內(nèi)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)擬合得到的定位精度約為1.5 cm;采用測(cè)量點(diǎn)到擬合圓心距離與擬合半徑的差值評(píng)估圓周運(yùn)動(dòng)的定位精度，發(fā)現(xiàn)在0.4m/s-1.6m/s的平均線速度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)流動(dòng)站的精度約為1.5 cm;考慮到實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的問(wèn)題，擬合分析得到的測(cè)量誤差整體

5、偏小，初步判定Piksi RTK的真實(shí)動(dòng)態(tài)精度約為3 cm-5 cm。
　　(3) Piksi RTK系統(tǒng)的3DR數(shù)傳電臺(tái)功率較小，傳輸距離受限，實(shí)際傳輸距離在開(kāi)闊環(huán)境下約為300 m-400 m;將系統(tǒng)的天線和電臺(tái)更換為加拿大P900電臺(tái)和GSM增益天線，經(jīng)測(cè)試在校園內(nèi)有建筑物遮擋的情況下的傳輸距離約為1km，開(kāi)闊環(huán)境下更是可以達(dá)到3.5km;隨著傳輸距離的增加，改進(jìn)后的Piksi RTK系統(tǒng)的定位精度不斷下降，利用最小二乘法插

6、值擬合發(fā)現(xiàn)傳輸距離在超過(guò)3.2 km以后將會(huì)下降到亞米級(jí)別。
　　(4)采用卡爾曼濾波建立的數(shù)據(jù)處理模型，傳輸距離內(nèi)獲取的定位數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波后的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)精度均可提升一倍左右，濾波后距離基準(zhǔn)站1km內(nèi)的靜態(tài)定位精度約為1 cm，滿足課題對(duì)傳輸距離和精度的兩方面要求;動(dòng)態(tài)卡爾曼濾波模型對(duì)直線運(yùn)動(dòng)下的數(shù)據(jù)有很好的糾偏效果，濾波處理后動(dòng)態(tài)誤差約為1 cm-3 cm。
　　(5)將改進(jìn)后的Piksi RTK系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)用拖拉機(jī)上，RT