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Zentimetergenaues GPS/GNSS - RTK erklärt
Einführung in GPS im Zentimeterbereich mit RTK-Technologie
Denken Sie an den GPS-Empfänger in Ihrem Mobiltelefon oder Auto: Dabei handelt es sich um sogenannte Standard-GPS-Empfänger (auch GNSS* genannt). Die heute auf dem Markt erhältlichen Standard-GNSS-Empfänger weisen eine Fehlerquote zwischen 1 und 10 Metern auf und funktionieren nur im Freien. Diese Fehlerquote hängt von der Qualität des Herstellers des GPS-Empfängers und davon ab, wie stark die Sicht durch Objekte oder Gebäude blockiert ist. Unter idealen Bedingungen erreichen Sie höchstens eine absolute Genauigkeit von etwa 1 Meter.
*GNSS steht für Global Navigation Satellite Systems und umfasst nicht nur GPS, sondern auch andere satellitengestützte Positionierungssysteme wie z GLONASS, BeiDou, Galileo, QZSS...
Interessanterweise weisen zwei GNSS-Empfänger, die direkt nebeneinander auf einem offenen Feld platziert werden, denselben Fehler von einem Meter auf, und zwar in die gleiche Richtung! Dieser Fehler wird als Standard-GNSS-Fehler bezeichnet.
Stellen Sie sich vor, wir wüssten zentimetergenau, an welchem Standort sich einer der GNSS-Empfänger befindet. Dann könnten wir die Position der zweiten Einheit mit nur einem Zentimeter Fehler berechnen!
Diese Technik ist jedoch nicht neu. Es handelt sich um eine sehr alte Technologie namens Differential GNSS oder RTK GNSS (Real-Time Kinematic). Seit mehr als 20 Jahren ermöglicht sie zivilen Anwendungen eine Genauigkeit von 1 Zentimeter (RTK-Position). Im RTK-Wortlaut wird die statische Einheit als „Basisstation“ und die bewegliche Einheit als „Rover".
Was ist also neu? Ich habe auch gehört, dass es sich um eine sehr teure Technologie handelt und dass man eine Schulung benötigt, um sie richtig zu nutzen?“
"Nicht mehr :)"
At ArduSimple Wir versuchen, die GNSS-RTK-Technologie einfach, erschwinglich und für jedermann zugänglich zu machen. Mit einer Reihe von Starterkits, Tutorials und OEM-Produkten ermöglichen wir unseren Kunden:
- Testen Sie die Technologie und glauben Sie, dass es möglich ist, eine Genauigkeit im Zentimeterbereich zu erschwinglichen Kosten zu erreichen.
- Beschleunigen Sie ihre Projekte und Produkte dank unserer Plug-and-Play-Entwicklungsplatinen und Starterkits.
- Erstellen Sie Produkte und Lösungen dank unseres Supports, schlüsselfertigen Services und vorkonfigurierten OEM-Produkten.
"Also, wie kann ich anfangen?"
Der RTK-Empfänger (auch bekannt als rover)
Zunächst benötigen wir einen GNSS-Empfänger, der RTK-Positionen berechnen kann, wie simpleRTK2BEin Standard-GNSS-Empfänger verfügt nicht über genügend Rechenleistung für RTK.
Zweitens brauchen wir eine sehr gute GNSS-Antenne, z simpleANT2B. Wir können keine herkömmliche „billige“ GNSS-Antenne verwenden, da wir ein qualitativ hochwertiges Signal empfangen müssen, damit wir die GNSS-Fehler wirklich messen können. Außerdem sollten wir uns nicht mehr darum kümmern, das RTK-GNSS in unserer Tasche oder neben dem Fenster zu verwenden: RTK-GNSS funktioniert nur bei freier Sicht auf den Himmel (Wolken sind ok, Bäume und Gebäude blockieren das GNSS-Signal vollständig). Die Installation der Antenne wird ebenfalls zu einem wichtigen Thema. Wir empfehlen einen Blick auf unsere Installationsanleitung für RTK-GNSS-Antennen.
Nachdem wir nun die beiden Grundelemente eines RTK-Empfängers kennen, wissen Sie auch, warum wir unseren Grundlegendes Starter-Kit:
Die RTK-Basis
RTK-Korrekturen sind die Informationen, die von der „Basisstation“ an die „Rover“, also die „Rover” kann seine Position auf Zentimeterebene berechnen. Die Sprache/das Protokoll, das zum Senden dieser Informationen verwendet wird, heißt RTCM (Radio Technical Commission for Maritime Services). Manchmal werden Sie von RTK-Korrekturen und RTCM-Korrekturen lesen, es ist im Grunde dasselbe. Um diese RTK-Position zu berechnen, müssen beide Empfänger mehr oder weniger dieselben Satelliten sehen. Aus diesem Grund sind die RTCM-Korrekturen nur bis zu einer Entfernung von 35 km von der Basisstation gültig (manche sagen 25 km, manche 50 km, die genaue Zahl hängt von der Qualität der Antenne und des Empfängers ab). Es ist auch nützlich zu wissen, dass die Korrekturen einer Basisstation von beliebig vielen verwendet werden können. rovers wie möglich, solange sie sich innerhalb dieser 35 km-Reichweite von der Basisstation befinden. Das wäre ein Multirover Konfiguration.
Was passiert, wenn Sie über diese 35 km von der Basisstation hinausgehen? Dass es nicht mehr möglich ist, eine Genauigkeit von 1 Zentimeter zu haben, und die Genauigkeit sich sehr schnell auf standardmäßige 2 Meter verschlechtert.
Senden von RTK-Korrekturen
RTCM/RTK-Korrekturen werden normalerweise einmal pro Sekunde gesendet. Und können über eine kabelgebundene serielle Kommunikation, eine drahtlose Verbindung oder ein IP-Netzwerk gesendet werden. Sehen wir uns die Unterschiede genauer an.
Kabelgebunden
Bei Einheiten, die sehr nahe beieinander liegen, können wir Kabel verwenden, um sie zu verbinden. Eine serielle Schnittstelle (TTL, RS232) reicht aus.
Wireless
Um größere Entfernungen zu überbrücken, benötigen wir eine drahtlose serielle Kommunikation. Aus diesem Grund haben wir unseren RTK-Empfängern eine Buchse (wir nennen sie XBee-Buchse) hinzugefügt, sodass eine kabelgebundene oder drahtlose Kommunikation zwischen Basis und rover wäre eine Plug-and-Play-Aufgabe.
Um es noch einfacher zu machen, haben wir ein paar Starter-Kits entwickelt, um dieses Setup zu testen:
- Bis zu 10 Meter zwischen Basis und rover, kannst du mit 2x machen Grundlegende Starter-Kits.Die im Kit enthaltenen GNSS-Antennen haben 5-Meter-Kabel. Zusätzlich können Sie diesen Abstand auf bis zu 20 Meter (10 Meter auf jeder Seite) erweitern, indem Sie unseren hinzufügen verlustarme HF-Kabel.
- Bis wenige hundert Meter, 1x Kit für mittlere Reichweite (MR).. Dieses Kit erlaubt nur einen rover für jede Basisstation.
- Bis auf wenige Kilometer, 1x Bausatz für lange Reichweite (LR). mit Multirover Fähigkeit.
- Bis zu 50 Kilometer, 1x eXtra lange Reichweite (XLR) Kit auch mit Multirover Fähigkeit.
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MR, LR und XLR radio Links benötigen eine HF-Sichtlinie zwischen Basis und rover um zu arbeiten. Schauen Sie mal vorbei unser Beitrag über visuelle Sichtlinie vs. RF-Sichtlinie um dieses Konzept zu verstehen.
Wenn Sie Probleme haben, die Sichtlinie zwischen der Basis und dem zu gewährleisten rovers, schauen Sie sich diesen Artikel an: Freigeschaltete Funktion: Verwenden Sie Ihr LR/XLR radio als Repeater. Aber Sie werden sehen, dass auch Repeater einige Einschränkungen haben, oder wenn Sie mehrere Basisstationen benötigen, diese Art von radio Technologie ist nicht für Sie. In diesem Fall, oder wenn Sie nur zufällig IP-Zugang in der Basis und rover Standorte (Internet oder lokales Netzwerk) können RTK-Korrekturen auch über IP-Kommunikation gesendet werden.
Über ein IP-Netzwerk
In vielen Fällen ist ein IP-Netzwerk verfügbar (WiFi, Ethernet, 4G). Für diese Fälle wurde ein Protokoll entwickelt, das RTK-Korrekturen verteilt, genannt NTRIP (Vernetzter Transport von RTCM über Internetprotokoll). Wir werden uns das im nächsten Abschnitt genauer ansehen.
Was ist NTRIP?
- NTRIP caster. Es handelt sich um einen Server, der RTK-Korrekturen von einer oder mehreren Basisstationen sammelt und verteilt unter Rovers.
- NTRIP Server. Es handelt sich um eine einzelne physische RTK-Basisstation. Ihre Aufgabe ist es, RTK-Korrekturen an eine NTRIP Caster, So dass die Caster kann sie an andere Clients verteilen. In Netzwerken mit nur einer Basisstation ist es durchaus üblich, eine NTRIP Server+caster zusammen. In diesem Fall nur die caster Funktion konfiguriert ist.
- NTRIP Kunden. Ein RTK-Empfänger, der RTK-Korrekturen empfangen möchte. RTK Rovers sind NTRIP Kunden.
Unsere simpleRTK2B Boards haben keine IP-Schnittstellen (Ethernet, WLAN usw.) und verstehen nicht NTRIP Protokoll. Sie brauchen jemanden von außen, der sie konvertieren kann NTRIP zu RTCM und umgekehrt. Aus diesem Grund haben wir eine Reihe von Zubehör entwickelt, um NTRIP in unseren Foren:
- Bluetooth: Verbinde deine simpleRTK2B Board über Bluetooth mit Ihrem Mobiltelefon verbinden. Ihr Telefon kann nun als NTRIP Client (aber auch als Server oder caster).
- WLAN: Wenn in Ihrer Nähe ein WLAN-Netzwerk verfügbar ist, schließen Sie das an WiFi NTRIP Master Zubehör und verwenden Sie Ihr Board als NTRIP Client (aber auch als Server oder sogar Server+caster).
- 4G NTRIP Kunden: Lass dein simpleRTK2B Vorstand wird zu einem NTRIP Client überall dort, wo Mobilfunkempfang besteht.
Alternativ können Sie auch Ihre anschließen simpleRTK2B Board über USB an einen PC oder ein Mobiltelefon anschließen und eine Anwendung auf Ihrem PC oder Mobiltelefon verwenden, um diese Konvertierung durchzuführen. Schauen Sie sich unsere Tutorial, um zu erfahren, wie Sie eine Verbindung zu einem NTRIP caster. RTK-Korrekturdienste
Wir hoffen, dass Ihnen dies dabei geholfen hat, besser zu verstehen, was wir tun und was Sie benötigen, um RTK zu verwenden. Wenn Sie mehr lesen möchten, könnten Sie sich für unseren Tutorials. Wenn Sie nicht finden konnten, wonach Sie gesucht haben, und Sie noch Fragen haben, zögern Sie nicht Kontaktieren Sie uns, wir antworten immer!
