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飞机相对定位解决方案

发布时间:2020-05-12 16:27

1 概述

        目前,RTK 技术已经非常成熟,它是利用一个静态 GNSS 基准站通过无线数传链路提供差分改正信息给流动站,从而流动站可以实时获得厘米级定位结果。

        但在很多应用中,这种技术的使用受到了限制。譬如无人机导航飞行、飞机动态相对定位应用等,基站也是处于运动状态中,其点坐标也在实时变化,传统的RTK技术无法应用。

        在这种情况下,我们需要使用一种新的RTK结算技术,它适合基站处于运动的环境应用,而且控制点和被观测点之间的基线是时刻处于变化中。两站之间传递一些必需的观测数据,在一个站点上通过算法结算,可以实时得到两个动态目标之间的相对位置 (或矢量解)。

系统结构图

        如下图所示,两架飞机在空中飞行,它们之间的相对距离为100km 左右。我们需要知道两架飞机直接的相对位置,并要求精度在3~ 5 米左右。


        两架飞机上都安装有GNSS控制单元,并与无线链路单元连接 (如微波链路)。A飞机实时将自身的一些观测数据通过无线链路发送到B飞机,B飞机实时接收到从A发送来的观测数据,并结合自身的观测数据,进行实时差分结算,从而得到 B->A 矢量解,通过一定的结算,可以得到WGS84坐标系下的DX、DY和DZ值;或者可以得到动地东北天坐标系下的北向、东向、垂向三轴分量的投影值。

        所用的技术,包括硬件模块、软件算法都是成熟、可靠的,之前已经在多个动态测控项目中得到应用。

可靠性分析

        由于两架飞机相距较远,传统光学测量方法不容易实现,而且传统光学测量受天气、观测员操作水平的限制很大。利用 GNSS 实时差分技术,可实现系统自动跟踪、数据解算、出报表等一系列任务。飞机在空中飞行,由于没有遮拦物,一般可保证接收到9颗左右的卫星,足以保证差分结算算法对卫星观测数据的要求。

        由于有别于传统RTK 技术,其定位精度要略低于RTK定位,但可以满足3 ~ 5 米的相对定位精度。根据GNSS差分原理,在30公里范围内,如果收星情况较好,可以保证50厘米的相对定位精度。在100公里时,尽管电离层会造成一定的数据误差,但通过内嵌的滤波算法,可以满足3 ~ 5 米的定位精度。

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