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实施自动化定点作业:使用实时动态技术提高定位精度

2022-01-13 儒卓力嵌入式及无线产品营销总监Bernd Hantsche 阅读:
在不久的将来,割草机、扫地机、披萨运送车和垃圾处理设备将无需人工协助即可提供服务。飞行无人机可以承担危险的工作任务,例如清洗摩天大楼的窗户或者在不使用远程控制的情况下清洁电塔。这些工作只有借助人工智能,并配合使用日益成熟的定位传感器技术才能够做到。尽管GPS、北斗、伽利略或Glonass系统在不断发展和改进,但传统的全球卫星导航系统(GNSS)接收器无法做到精确定点作业。根据当前的卫星群落布局,即使在其他状况良好的情况下,所确定的位置也可能偏离几米距离。这对于需要较高精度的应用而言是致命的。例如,在农业领域,如果自动驾驶机器在实际需要施肥的植物旁边的三米处施肥,或者完全剪除树枝而不是只剪几厘米,这将导致巨大的农作物损失,从而造成相应的经济损失。

在用于确定位置的传感器方面,光学和声学方法通常输给了电磁波。电磁波技术具有众多的优势,而且成本对于现在大多数应用都是能够负担的。从蓝牙5.1标准开始,可以使用新的到达角(AoA)和离开角(AoD)定位功能,加之UWB或Wi-Fi,这些被称为实时定位系统(RTLS)。目前主要缺点是所需硬件设置的成本效益较低。诸如ANT之类的无线电协议或RFID应答器附件是有吸引力的解决方案。然而,特别是对于户外应用,业界已经证明基于卫星的定位系统才是最好的选择。由于位置变化和精度不足,大多数替代技术已经不适合广泛应用或者没有很好的经济效益。随着智能农业或机器人等新兴市场的应用领域不断扩大,厘米级精确定位的高科技解决方案的价格在逐渐下降。H0dednc

实时动态(RTK)纠错实现精准定位

如果没有导航卫星系统,无法进行土地勘察。如果将通过测量而精确确定的位置定义为参考站,然后使用GNSS接收器确定位置,则可以根据偏差来精确确定GNSS系统的误差;通过这个位置分析天空测量数据,则获得关于当前卫星群落和对半球折射角的数据。这些确定的数据可视为有效的,在大约50公里半径范围内没有显着偏差。只有在更远的距离上,卫星的视角或者大气层的厚度和折射角才会发生明显的变化。H0dednc

如果半径50公里范围内的移动物体现在从参考站接收到精确确定的位置误差,就可以应用已知误差来校正测量的GNSS位置,这可以实现偏差仅1到2厘米的精确定位,而相比之下,偏差通常高达3到5米。这推动了业界开拓自动导引车(AGV)在农业和物流行业,或者空中无人机方面的全新应用领域。H0dednc

通过已知参考误差的时间同步传输进行误差校正称为实时动态(RTK)定位技术。根据应用,客户可以通过商业RTK/CORS网络提供商访问最近的参考站,例如SAPOS、APOS、AGNES或RTK Clue(可在以下网址找到更多示例https://rutronik-tec.com/available-cors-networks-in-europe-to-cooperate-with-unicore-gnss-modules/),这是灵活定位的优势。或者,客户可以设置自己的基站,这适用于长期持续使用的区域,例如在农业方面:大多数农民的田地都在50公里以内,因此为农场配备GNSS接收器并在线传输定位误差是很有用的。在田间,拖拉机还可以通过GNSS系统确定位置,并通过移动无线电设备在农场确定误差偏移。H0dednc

农业通常租赁特殊设备,在这种情况下,这些机器用于国外各处田地,比如昨天在德国,明天在波兰使用。所以,用户必须使用外部连续运行参考站(CORS)系统网络运营商的服务。与移动电话服务提供商相似,那些公司已经将基站设置得足够靠近,并且通过提供接入服务来获利。H0dednc

SoC还是模块?并非所有解决方案都适用

在线路卡产品方面,儒卓力拥有了提供此类具有RTK功能的GNSS解决方案的领先供应商和芯星通(Unicore Communications)。该公司旗下Unicore导航模块、电路板、设备和套件产品组合的基础是自己生产的半导体芯片,例如UFirebird UC6226是具有极低功耗的标准GNSS系统级芯片(SoC)。另一方面,RTK解决方案基于Nebulas-II UC4C0,这款SoC器件具有功能更强大的多核计算单元并支持伽利略、QZSS、Glonass、北斗和Navstar GPS。基于此类GNSS SoC的设计要求非常高,因此仅推荐经验丰富的高频设计公司使用。H0dednc

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在模块或电路板卡中,已经进行了高频处理、滤波和信号放大,并尽可能进行屏蔽,以防止外部对电路部件的影响。相应的预认证缩短了开发时间,最大限度地降低了风险并节省了投资成本。因此,它们是大多数已计划应用项目的较好选择。UB4B0就是基于Nebulas-II SoC的多系统GNSS高精度板卡,它具有432个通道,因而提供了充足的空间来评测接收信号并使用最好的通道进行位置计算。RTK精度指定为水平1cm+1ppm和垂直1.5cm+1ppm。除了用于NMEA-0183通信的串行接口外,还提供以太网接口、USB(主机和设备)、1PPS信号输出,以及可选使用外部时钟信号的连接。该板卡还具有载波相位的快速极性检测和多径干扰检测功能。UB4B0适合加入地基增强系统以及集成到CORS网络中。该模块已经应用于许多具有最高技术要求和特高精度要求的测绘设备中。H0dednc

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除了100mm×60mm×11.4mm尺寸模块之外,和芯星通还提供UB4B0M模块,这是尺寸仅为46mm×71mm×9mm的更精巧微小型款,而不会影响到功能或性能。46mm×71mm的UB482适用于狭小的安装空间,可以采用高达20Hz的频率同时输出航向和定位数据。UB482已经用于农业机械和无人机等专业移动应用中。H0dednc

如果使用模块型款GNSS板卡,特别高频关键电路部件已经构建并经过预认证。客户只需添加周围的外设。UM220-IV NV模块已通过AEC-Q104和IATF16949认证,它基于UC6226 SoC,并且由于集成了MEMS和里程表支持功能,还适用于航位推算导航,例如隧道内的系统导航。它还提供一系列低功耗标准GNSS模块,以及适用于所有产品型款的开发套件。它也提供现成的金属外壳接收器盒,可直接连接到笔记本电脑,不仅可用于快速设置客户自己的CORS基站,还可用于现场测试或产品评测。H0dednc

当关乎cm +/-精度时:结合最先进的无线技术

儒卓力认为实时动态(RTK)技术非常重要,有利于目标市场(如AGV、无人机、机器人和智能农业)的快速发展。业界越来越多地认为RTK注定要取代普通卫星接收器,因为精度更高的定位结果提供了决定性竞争优势;尽管价格下降,RTK技术所需要的投资仍然略高一些,但仍然是物有所值。H0dednc

儒卓力无线技术中心与和芯星通合作,不仅提供最先进的新型解决方案,还提供个性化的产品和系统咨询,进一步阐明了天线概念、电源和校正数值数据的无线电传输。儒卓力可以提供来自大约250家电子元件供应商的产品组合,能够针对每项特定应用,通过单一来源组装完整的GNSS系统,应用范围涵盖从至强Xeon高性能服务器到具有可选地理围栏规则和状态LED的云设备管理。H0dednc

责编:Franklin
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