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)，是實時處理兩個接收站載波相位觀測量的差分方法，可實時獲取厘米級定位解，具有操作性強、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。高精度的RTK產(chǎn)品幾十萬的高昂價格，使得RTK定位技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用尚不廣泛。隨著國家對農(nóng)業(yè)的大力支持，農(nóng)業(yè)自動化和智能化技術(shù)將會快速發(fā)展，而獲取高精度的定位解是實現(xiàn)農(nóng)田車輛自動導(dǎo)航的基礎(chǔ)。本研究以農(nóng)田導(dǎo)航的實際應(yīng)用為首要目的，以美國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)計實驗

2、進(jìn)行精度分析，后期根據(jù)項目要求對電臺和天線等部分硬件進(jìn)行改進(jìn)，使用濾波算法對改進(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，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)過了Swift公司SBP二進(jìn)制協(xié)議的處理，不使用console軟件無法直接獲取經(jīng)緯度數(shù)據(jù);搭建RTK系統(tǒng)時，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Piksi RTK系統(tǒng)靜態(tài)精度進(jìn)行分析，Piksi單個模塊靜態(tài)單點的定位精

4、度約為8m，RTK的靜態(tài)精度(2drms，95％)約為1.5cm;設(shè)計的動態(tài)雙軌實驗驗證了直線擬合評估動態(tài)直線精度的可行性，當(dāng)流動站在0.4m/s-2.3m/s的平均速度范圍內(nèi)進(jìn)行直線運動時通過擬合得到的定位精度約為1.5 cm;采用測量點到擬合圓心距離與擬合半徑的差值評估圓周運動的定位精度，發(fā)現(xiàn)在0.4m/s-1.6m/s的平均線速度范圍內(nèi)運動時流動站的精度約為1.5 cm;考慮到實際應(yīng)用過程中點對點的問題，擬合分析得到的測量誤差整體

5、偏小，初步判定Piksi RTK的真實動態(tài)精度約為3 cm-5 cm。
　　(3) Piksi RTK系統(tǒng)的3DR數(shù)傳電臺功率較小，傳輸距離受限，實際傳輸距離在開闊環(huán)境下約為300 m-400 m;將系統(tǒng)的天線和電臺更換為加拿大P900電臺和GSM增益天線，經(jīng)測試在校園內(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3.2 km以后將會下降到亞米級別。
　　(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)過濾波后的靜態(tài)和動態(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，滿足課題對傳輸距離和精度的兩方面要求;動態(tài)卡爾曼濾波模型對直線運動下的數(shù)據(jù)有很好的糾偏效果，濾波處理后動態(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