【摘 要】
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随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)与网络通讯技术的不断发展,大众生活对高分辨率地理信息数据的快速获取需求日益增长。各行各业都正推动着定位技术在速度、精度以及可用性等方面的巨大改进。无人机航测技术凭借其灵活、快捷、经济的特点,被广泛地应用在基建、巡检和植保等领域。提高无人机航测精度和效率,是无人机航测领域一直致力突破的难题。近年来以
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随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)与网络通讯技术的不断发展,大众生活对高分辨率地理信息数据的快速获取需求日益增长。各行各业都正推动着定位技术在速度、精度以及可用性等方面的巨大改进。无人机航测技术凭借其灵活、快捷、经济的特点,被广泛地应用在基建、巡检和植保等领域。提高无人机航测精度和效率,是无人机航测领域一直致力突破的难题。近年来以载波相位差分技术为核心的实时动态(Real-time kinematic,RTK)高精度卫星定位技术在测绘领域迅速发展。RTK技术利用两个测站之间的误差相关性,通过GNSS载波相位观测量差分的方式消除或削减观测数据中的大部分误差,从而实现高精度的定位。无人机搭载RTK定位技术,一方面可极大提升无人机航测的作业精度与速度,相比传统无人机航测作业具有数据可靠性高、累计误差几乎为零、作业速度快等优点;另一方面极大提高了传统RTK定位技术的野外作业工作效率和工作区域范围。然而无人机搭载RTK定位技术带来巨大便利和优势的同时也存在亟需解决的问题,无人机的高速动态特性对传统RTK定位技术有了更高的实时动态性能要求。本文以“高精度GNSS载波相位差分定位技术”为题,旨在解决无人机搭载RTK定位技术所面临的技术难题,着重研究多卫星系统载波相位差分信号处理技术,以及无人机航测用高精度RTK定位的多频快速解算方法与系统设计。论文的主要工作包括:(一)研究了多频段GNSS载波相位差分信号处理技术。通过深入分析各GNSS系统信号特性,研究了接收机低中频结构的镜像干扰抑制与中频频率选取,设计了兼容美国GPS的L1/L5频点、欧洲“伽利略”系统的E1/E5a频点、俄罗斯“格洛纳斯”系统的G1频点,以及中国“北斗”系统的B2a频点的多频段射频前端模块,并利用射频仿真软件对所设计的前端模块性能指标进行了可靠性分析;同时阐述了符合无人机高速动态特性的GNSS基带数据处理技术。(二)针对多频段GNSS信号的高精度RTK定位快速解算,研究了适应无人机高动态定位环境的模糊度固定策略,将基于搜索方式的高可靠性模糊度固定算法,与基于逐级固定的快速模糊度固定算法有机结合,提出了适用于无人机RTK定位的三频载波相位整周模糊度快速解算方法,最终通过北斗系统三频实测数据验证了算法的有效性。(三)实现了无人机航测用GNSS接收机系统与装置设计,具体实现了无人机RTK主控单元嵌入式系统设计、智能操作系统移植以及基础软件开发工具包流程设计;针对无人机RTK定位在实际应用中存在的问题,设计了GNSS流动站紧凑型电池仓结构和提升基准站架设精度和效率的承载平台装置。
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