关于全球最快的GNSS RTK漫游者:徕卡GS18T的问答

罗晓光博士，Stefan Schaufler和Bernhard里克特讨论了GNSS和惯性测量单元(IMU)中传感器融合领域的最新进展。新的徕卡GS18 T GNSS RTK月球车结合了GNSS和IMU来自动调整极点垂直倾斜。了解这如何提高生产率、扩展RTK的适用性并减少人为错误。

传统RTK测量目前面临的挑战是什么?
需要用一个圆形气泡手动水平极点和相位中心位置被减少到极点尖端(考虑天线相位中心偏移和极点的长度)，对用户造成了一些不利:

就生产力而言，铲平杆子需要时间，尤其是在需要反复迭代的监视中。
在精度方面，垂直握住杆子会受到人为误差和仪器缺陷的影响，如调节不当的气泡。
就适用性而言，不可能总是将杆子垂直地固定在目标点上，例如，在测量建筑拐角时。

在解决用户问题方面:徕卡GS18 T的主要优势是什么?
新月球车有几个好处:

没有现场校准
不受磁干扰的
适用于大倾角
Heading-aided 3 d可视化

新的徕卡GS18 T GNSS RTK月球车结合了GNSS和IMU，自动调整杆倾斜垂直，提高了生产率，扩展了RTK的适用性，减少了人为误差。它极大地改善了用户的整体体验。

图1 -配备徕卡CS20现场控制器的徕卡GS18 T GNSS RTK漫游车

徕卡GS18 T月球车如何应对现场对速度日益增长的需求?
“世界上最快的GNSSS RTK漫游者”的定义基于三个支柱:IMU-based倾斜补偿技术结合瞬时RTK．这可以实现最高的生产率(精度和可靠性——尤其是在地形测量中)，并提供类似于手动调平极点的测量精度。由于倾斜补偿，不需要铲平极点，这比传统的GNSS RTK测量方法平均提高了20%的生产率。此外，GS18 T利用MEMS IMU的高速加速度和角速度实时确定极点的姿态。由于这些IMU测量不受磁场影响，GS18 T不受磁场干扰，不需要任何耗时的现场校准。它是开箱即用的，比基于磁强计的系统要快。

图2 -基于imu的倾斜补偿的最快GNSS RTK探测器——徕卡GS18 T

总是有进入困难目标的问题-例如建筑拐角和障碍物点?
对于GS18 T，这不再被认为是一个挑战。由于基于imu的倾斜补偿，以前GNSS无法访问的目标，现在可以用RTK直接测量，即使在超过30度的大倾斜角度。得益于先进的信号跟踪， GS18 T特别适用于RTK应用，天空是部分可见的，例如，操作接近林木线，在树叶下或在城市峡谷。通过应用IMU-based倾斜补偿对于GS18 T，只要跟踪足够数量的GNSS卫星，就可以提供高精度的RTK解决方案，最大倾角不受限制。大的倾斜角度都是过去的问题gs18t适用于隐蔽点的测量(例如隐蔽的角落或被停放的汽车部分挡住的点)。

在一个有潜在危险的测量环境中进行测量，这会直接影响安全方面吗?
完全正确——用户无需专注于把杆子调平，可以更加注意自己的安全。通过车辆和操作机器的风险大大降低。此外，姿态信息通过自动更新周围环境的3D可视化(取决于传感器的方向)来帮助用户在现场定位。

图3 -使用徕卡gs18t测量建筑拐角和障碍物点，这些是以前传统RTK测量中无法用垂直杆测量的。

看来你们已经成功地整合了两个导航源，GNSS和INS?
综合GNSS/INS导航系统在航空航天工业中已经存在了很长时间，现在已经可以用于测量应用。以下是成功整合的总结:

图4 -在徕卡GS18 T上实现GNSS/INS集成的示意图和简化图。

不断地对GNSS和INS进行一致性检查，以使系统能够应对极端的极点动力学，如硬冲击。由于在倾斜补偿位置的计算中不涉及磁强计测量，因此gs18t不受磁干扰的影响。

当直接比较传统RTK和倾斜补偿RTK时，您是否进行了测试以证明其实际优势?
为了证明使用倾斜补偿的好处，在开阔的天空和强多径条件下，GS18 T与Rover A进行了基准测试。在露天试验(图12)中，在瞬时模式下交替测量距离为8 m的两个已知点P1和P2，持续10分钟。在使用Rover A时，在进行瞬时测量之前需要精确地将磁极调平，而GS18 T由于倾斜补偿而不需要这样做。10分钟内测量的点数代表了生产率的一个简单指标。

图5 -在瞬时模式下交替测量两个点10分钟的露天RTK性能基准测试(Rover A vs. GS18 T，极长:1.800 m)

图6 -强多径环境下的RTK定位测试(极长:1.800米)(a)金属立面建筑附近的测量标志，(b)用徕卡GS18 T进行倾斜补偿RTK测量。

表1总结了露天测试关于生产力和准确性的结果:

表1 - gs18t与Rover a(开阔天空，极点长度:1.800 m，瞬时测量)10分钟内的测点数及由此产生的均方根误差比较。

GS18 T无需调平磁极，显著减少了测量时间，因此在10分钟内将测量点的数量从57增加到76，增加33%。在倾斜补偿的情况下，尽管姿态确定有额外的误差，但与Rover A相比，3D rms误差仅大3mm，达到2.4 cm，这是大多数地形测量可以接受的。

表2总结了可用性、准确性和可靠性方面的结果:

表2 -在强多径环境下(极长:1.800米，瞬时测量)gs18t与Rover A RTK固定位置的有效性、准确性和可靠性比较。

使用GS18 T和倾斜补偿,RTK固定解决方案增加了15%的可用性,相比传统RTK使用罗孚a .定位精度显著提高,平均50%。可靠性提供了位置误差的比例小于CQ的三倍,水平分量稍微提高了6%。还请记住，这种强多路径环境被认为是一种极端情况，远远超出了与准确性和可靠性规范相关的标准条件。此外，Rover a根本无法测量距离建筑物小于10厘米的点，因为在这种情况下，它不可能在目标点上将杆子水平。

汽车、电线和钢结构建筑——每一个测量员每天都要面对这些以及进一步的局部磁场干扰。新的徕卡GS18 T能解决这个问题吗?
答案很简单:除了不需要现场校准外，基于imu的倾斜补偿相对于基于磁强计的方法的一个主要优势是对磁场干扰的免疫。我们比较了两个在磁干扰下的漫游者。从表5中总结的均方根误差中可以看出，GS18 T的2D精度比Rover B大约好2厘米，而1D精度与Rover B差不多:

表3 - gs18t与Rover B在磁场干扰下的均方根误差比较(停车场，极长:1.800 m，静态测量1秒)。

从表3中总结的均方根误差中可以看出，GS18 T的2D精度比Rover B大约好2cm，而1D精度与Rover B相差无几。

通过对比图7a中的二维误差，GS18 T比Rover b具有更高的精度和一致性，且2D CQ估计与2D误差一致，真实反映了定位精度。对于图7b中Rover B的结果，如果检测到磁干扰，2D CQ值明显大于2D误差，说明倾斜补偿解不可靠。在这种情况下，用户需要重复测量或切换到传统的RTK模式，这会降低生产率。在某些情况下，例如，当测量点处于较大的倾斜角度时，基于磁强计的系统不会通知用户显示的精度无法达到。