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全球卫星定位系统(GPS)的全面建成和发展#xff0c;导致了导航和测绘行业的一场重大深刻的技术革命。常规的静态GPS测量方法越来越多地应用于高精度控制网的建立#xff0c;但利用该方法无法在野外对观测数据进行实时检核#xff0c;从而造成观测结果不合格而需要返…GPS/RTK
全球卫星定位系统(GPS)的全面建成和发展导致了导航和测绘行业的一场重大深刻的技术革命。常规的静态GPS测量方法越来越多地应用于高精度控制网的建立但利用该方法无法在野外对观测数据进行实时检核从而造成观测结果不合格而需要返工的情况而利用实时动态载波相位差分技术(Real—time kinematicRTK)可以改变上述状况。RTK技术采用载波相位动态实时差分方法可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量结果从而提高工作效率。
RTK原理RTK系统由1个基准站、若干个流动站及无线电通讯系统组成。基准站包括GPS接收机、GPS天线、无线电通讯发射系统、供GPS接收机和无线电台使用的电源及基准站控制器等部分。流动站包括GPS接收机、GPS天线、对中杆、无线电通讯接收系统、供GPS接收机和无线电使用的电源及流动站控制器等部分。在RTK作业模式下在已知高等级点上(基准站)安置1台接收机为参考站对GPS卫星进行连续观测并将观测数据和测站信息通过无线电传输设备实时地发送给流动站流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号和采集卫星数据的同时通过无线接收设备接收来自基准站的数据链并在系统内对采集和接收的2组数据进行载波相位差分处理实时解算出流动站的三维坐标及其精度(即基准站和流动站坐标差△X、△y、△H加上基准坐标得到的每个点的wGS一84坐标通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标X、y和海拔高H。因此使用RTK技术的关键在于根据GPS的载波相位观测量并利用基准站和流动站之间观测误差的空间相关性通过差分的方式除去流动站观测数据中的大部分误差从而实现高精度(分米甚至厘米级)定位[1]。
IMU
IMU英文Inertial measurement unit简称 IMU是测量物体三轴姿态角及加速度的装置。一般IMU包括三轴陀螺仪及三轴加速度计某些9轴IMU还包括三轴磁力计。加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号而陀螺仪检测载体相对于导航坐标系的角速度信号测量物体在三维空间中的角速度和加速度并以此解算出物体的姿态。[2][3]
INS
INS全称Inertial Navigation System即惯性导航系统有时也简称为惯性系统或惯性导航。惯性导航系统的工作机理是建立在牛顿经典力学的基础上的。牛顿定律告诉人们一个物体如果没有外力作用将保持静止或匀速直线运动而且物体的加速度正比于作用在物体上的外力。如果能够测量得到加速度那么通过加速度对时间的连续数学积分就可计算得到物体的速度和位置的变化。 陀螺仪、IMU、INS区别与联系 陀螺仪可以测量三轴roll,pitch,yaw角运动(角度、角加速度)
3个单轴陀螺仪3个单轴加速度计IMU称为惯性测量单元
3个单轴陀螺仪3个单轴加速度计INS称为惯性导航系统因此可以认为IMU≈INS[2]
定位GPS)就是告诉你你现在在哪。导航就是告诉你如何到你想要到的位置。惯性导航你可以简单的理解成依靠惯性器件陀螺、加速度计等的原始数据加上固定的算法很深奥的东西..)来输出你先要的信息如位置载体姿态实时运动速度等。IMU就是惯性测量单元它主要由惯性器件组成陀螺、加速度计等输出最原始的数据如加速度、角速度等等但是无法给出位置、姿态等信息。所以INS实际上可以简单的理解成由算法和IMU共同构成的。[4]
RT3000
为了获得移动载体的实时位置和姿态信息已经提出和采用了多种导航方式。其中以惯性导航系统Inertial Navigation SystemINS和全球卫星导航系统 以Global Positioning SystemGPS为典型代表应用最为广泛。INS 不仅能 够提供载体位置速度参数还能提供载体的三维姿态参数是完全自主的导航方式, 在航空、航天、航海和陆地等几乎所有领域中都得到了广泛应用。
随着惯性技术与卫星导航定位技术的发展由GPS/INS 不同程度组合而成的定位定姿传感器已成为移动测图系统中确定载体轨迹和平台姿态的重要工具其中GPS 多用于定位而INS 则用于测姿。
RT3000 由oxts研发目的是实时地对车辆飞机和船只等的运动做高精度的测量。为了获得高精度的测量RT 使用了为战斗机导航系统开发的数学算法。一个由三个加速度计和三个陀螺仪角速度传感器组成的惯性传感器组块用来计算所有的输出。
和常规的惯性导航系统不同RT3000 用GPS 校正所有的测量值。GPS测量位置速度和双天线航向但是通过这些测量RT3000 可以使其它量如俯仰侧倾非常精确。当GPS 起作用时RT3000 进行测量时就没有漂移。标准的RT3000 系统可以实时处理数据[4]。
参考文献
[1] 姬旭东. 实时动态载波相位差分技术浅析[J]. 长江大学学报自科版, 2012, 09(9):68-69.
[2] Adas常用实验仪器和设备RT3000/RTrange/IMU/INS/RTK等
[3] IMU简介
[4] IMU、INS、DGPS和POS
[5] 刘斌.RT3000惯性GPS组合导航系统实现车辆运动高精度测量[J].中国新技术新产品,2014(01):1-3.
