【GPS & RTK】定位技术原理、参数解释

一、GPS技术

【原理】
之前做过集成GPS功能的产品,对这种不以定位为主要功能的产品,精度是没有要求的,例如我只是用它来得到当前社区的位置,一般的GPS模块都能满足要求。理论上,超过四颗卫星就能实现定位。
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我们的GPS产品,只要集成卫星接受芯片,就可以获取定位信息了

【弊端】
卫星定位存在以下误差:

  • 轨道误差,就是卫星告诉你的位置和其真实的位置有偏差。
  • 时钟误差,就是卫星告诉你的时间和标准时间有偏差。
  • 电离层延迟,就是卫星信号在从太空穿越大气层,经过电离层时其速度会变慢,而我们却不知道它慢了多少时间。
  • 对流层延迟,与电离层延迟相似。
  • 多径,就是卫星信号碰到一些反射物体,发射的信号会对实际信号有影响,让用户误判到底哪个才是真正想要的信号。
  • 接收机噪声,就是接收机自己在测量距离时也会带入自己的误判。

正是由于这一系列误差,GPS的定位精度只能达到米级

二、RTK技术

【原理】
RTK即差分定位(把误差分离出去),在GPS的基础上,架设一个地面基站,地面基站获取卫星定位与真实位置(由于基站固定,所以位置是绝对的)对比,计算出GPS的定位误差,并通过GPRS把当前误差发送给移动站,移动站会利用这个误差纠正从卫星获得的定位。
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言简意赅,我们需要两个东西:GPRS和基站。GPRS需要一张SIM卡,通过三大运营商和基站连接;基站可以自己架设,有一点麻烦,但可控,也可以租赁,著名RTK基站服务商有千寻位置【https://passport.qxwz.com/login】等,目前很多RTK模块都支持以千寻为基站,且模块本身都是移动站基站两用的,流动站与基准站的距离不能超过10km-15km。

总结一下目前遇到的影响RTK定位质量的参数

【硬件参数】
1、单频信号与双频信号
GPS卫星信号分为L1和L2,频率分别为1575.42MHZ和1228MHZ。接受信号是单频还是双频却决于RTK模块,双频机通过接受两组不同频率的卫星信号,可以有效消除电离层的误差。双频机对比与单频机可以提供更为快速、更为精确、可靠的解算,但是价格相对昂贵。
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2、天线
(1)像天线这种东西,分类有很多种方法,但是任何东西,对于使用者最好是以功能分类。不同的天线的工作频率不一样,所以功能也不一样。像Wifi的工作频率分别在2.4G和5G,GPS天线的工作频率是在1.2-1.6G左右,4G天线的工作频段在1.7-2.7G之间,GPS天线有可能在4G的低频段可以工作,但是高频段的指标会很差。一般情况下是没办法共用的。所以不要看到天线就拿来用。
(2)主流定位天线:平面贴片天线、平面螺旋天线、四臂螺旋天线、蘑菇头天线
( 3 )定向天线:定向天线有区别于定位天线,有时需要同时使用,但对于移动物体,也可以软件处理两点的经纬度得到方向角

3、模式
目前的RTK模块大都支持多模卫星信号,即可同时从GPS、北斗、伽利略收星

【软件参数】
我们通常通过ttl或485串口连接GPS模块读取GPS报文,大多数参数可以从【GPS报文】中读取,从而判断定位状态,格式:

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<CR><LF>

<1> UTC时间,hhmmss.sss(时分秒)格式
<2> 纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)
<3> 纬度半球N(北半球)或S(南半球)
<4> 经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)
<5> 经度半球E(东经)或W(西经)
<6> GPS状态:0=未定位,1=非差分定位,2=差分定位,4=固定解算,5=浮动解算,6=正在估算 ;当GPS状态达到4时,为最佳状态,5为次佳
<7> 正在使用解算位置的卫星数量(00~N)(前面的0也将被传输)
<8> HDOP水平精度因子(0.5~99.9)
<9> 海拔高度(-9999.9~99999.9)
<10> 地球椭球面相对大地水准面的高度
<11> 差分时间(从最近一次接收到差分信号开始的秒数,如果不是差分定位将为空)
<12> 差分站ID号0000~1023(前面的0也将被传输,如果不是差分定位将为空)在这里插入图片描述

【注意事项】
RTK模块定位质量受诸多因素影响,若未达到最佳解算状态或精度不理想,可以尝试以下手段:

  • 检查4G天线和GPS天线是否匹配、是否松动
  • 检查SIM卡是否欠费或松动
  • 查看报文中的收星数,在空旷位置测试获得更多收星,室内GPS是无法定位的,手机之所以可以在室内定位是因为结合了Wifi定位等技术
  • 查看基站服务是否过期

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