CN109683185A - 基于rtk的导航小车 - Google Patents

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林聪�
苏锦明
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Guangdong Ocean University
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    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
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Abstract

本发明公开了基于RTK的导航小车，包括软件部分、硬件部分和室外测试，所述软件部分包括RTKNAVI、上位机和下位机，所述RTKLIB是全球导航卫星系统GNSS(global navigation satellite system)的标准精密定位开源程序包，由一个便携式程序库和多个AP(应用程序)工具库组成。本发明运用了RTKLIB中的RTKNAVI解算GPS+GLONASS卫星，使用动态RTK实时定位模式，解算当前机体坐标支持多种GNSS实时和后处理定位模式：单点定位、DGPS/DGNSS,动态RTK、静态RTK、移动基站、PPP，并且通过上位机将加入PID参数调节，方便机体调试，下位机将加入PID控制电机处理，并充分利用JY901九轴姿态传感器实现INS与RTK导航的有效结合。

Description

基于RTK的导航小车
技术领域
本发明涉及导航技术领域，尤其是基于RTK的导航小车。
背景技术
RTK(Real-time kinematic，实时动态)载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的卫星定位测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，极大地提高了作业效率的一种设备。
目前国内GPS导航精度在10米之内，在室外机器人精准导航中精度尤为重要。现RTK(Real Time Kinematic)技术发展不够成熟，不能达到厘米级的精度，不符合室外机器人导航的需求。在满足精度的基础上加入惯性导航，无法实现室外机器人导航。
发明内容
本发明针对现有的RTK的导航小车技术上的不足，提供了基于RTK的导航小车。
本发明为解决上述现象，采用以下改性的技术方案，基于RTK的导航小车，包括软件部分、硬件部分和室外测试，所述软件部分包括RTKNAVI、上位机和下位机，所述RTKLIB是全球导航卫星系统GNSS(global navigation satellite system)的标准精密定位开源程序包，由一个便携式程序库和多个AP(应用程序)工具库组成，支持多个GNSS系统的标准和精密定位算法，包括GPS，GLONASS，Beidou，Galileo，QZSS和SBAS，支持多种GNSS实时和后处理定位模式：单点定位、DGPS/DGNSS,动态RTK、静态RTK、移动基站、PPP。
作为本发明的优选技术方案，所述上位机主要负责转送RTKNAVI输出的坐标信息、航迹规划、数据记录、发送STM32控制命令。由于RTKNAVI选择了串口输出数据，上位机选择串口接收数据，两者都是在电脑内存中运行。
作为本发明的优选技术方案，所述下位机使用了STM32F103ZET6作为主控芯片，由EEPROM、JY901九轴姿态传感器、CC2530串口收发模块、L298N小型电机驱动模块组成。
作为本发明的优选技术方案，所述室外测试包括如下步骤：
第一步：使用U-centre检查单个GPS模块通讯，测试卫星信号强度，选择适合的卫星；
第二步：打开RTKNAVI，选择通讯模式(串口、网络、文件)，配置参数，开始；
第三步：等待RTKNAVI达到Fix状态(厘米级精度)；
第四步：打开上位机，接收RTKNAVI解算的坐标信息，在上位机上查看描绘出来的点是否跟现实对应，不对应需要重新开始；
第五步：上位机规划航迹并发送到下位机STM32上；
第六步：开始导航。
与现有技术相比：本发明支持多种GNSS实时和后处理定位模式：单点定位、DGPS/DGNSS,动态RTK、静态RTK、移动基站、PPP，并且通过上位机将加入PID参数调节，方便机体调试，下位机将加入PID控制电机处理，并充分利用JY901九轴姿态传感器实现INS与RTK导航的有效结合。
附图说明
图1为本发明基于RTK的导航小车的软件流程图；
图2为本发明基于RTK的导航小车的RTKNAVI运算图；
图3为本发明基于RTK的导航小车的BING卫星地图；
图4为本发明基于RTK的导航小车的BING街道地图；
图5为本发明基于RTK的导航小车的航点规划图；
图6为本发明基于RTK的导航小车的上位机界面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：基于RTK的导航小车，包括软件部分、硬件部分和室外测试，所述软件部分包括RTKNAVI、上位机和下位机，所述RTKLIB是全球导航卫星系统GNSS(global navigation satellite system)的标准精密定位开源程序包，由一个便携式程序库和多个AP(应用程序)工具库组成，支持多个GNSS系统的标准和精密定位算法，包括GPS，GLONASS，Beidou，Galileo，QZSS和SBAS，支持多种GNSS实时和后处理定位模式：单点定位、DGPS/DGNSS,动态RTK、静态RTK、移动基站、PPP。
作为本发明的优选技术方案，所述上位机主要负责转送RTKNAVI输出的坐标信息、航迹规划、数据记录、发送STM32控制命令。由于RTKNAVI选择了串口输出数据，上位机选择串口接收数据，两者都是在电脑内存中运行。
作为本发明的优选技术方案，所述下位机使用了STM32F103ZET6作为主控芯片，由EEPROM、JY901九轴姿态传感器、CC2530串口收发模块、L298N小型电机驱动模块组成。
作为本发明的优选技术方案，所述室外测试包括如下步骤：
第一步：使用U-centre检查单个GPS模块通讯，测试卫星信号强度，选择适合的卫星；
第二步：打开RTKNAVI，选择通讯模式(串口、网络、文件)，配置参数，开始；
第三步：等待RTKNAVI达到Fix状态(厘米级精度)；
第四步：打开上位机，接收RTKNAVI解算的坐标信息，在上位机上查看描绘出来的点是否跟现实对应，不对应需要重新开始；
第五步：上位机规划航迹并发送到下位机STM32上；
第六步：开始导航。
测试环境：多云准备下雨的环境，RTK未达到厘米级精度情况
测试效果如图，小车能从任意一个方向走到指定航点。
测试存在问题：由于小车结构使用了万向轮，转向时会存在一定的延迟，所以轨迹并不太直。
其中，上位机由地图显示部分、串口收发部分、数据表格化部分、命令控制部分、航迹规划部分组成，具体参见图3、图4。
地图部分使用了GMAP控件下的必应的卫星地图，该地图受其他人为干扰较少，地图放大级别能达到23级，航点设定较为精准，且更新年代较近，而谷歌地球等其他地图会存在人为偏移干扰等小问题，导致上位机航点与实际航点不对应。并在GMAP地图实现了在地图上自由定义、保存、打开航点数据，保存当前地图图片等功能。能查看卫星地图以及街道地图。
其中，航迹是由多个航点构成，每两个航点之间构成一条直线，且提供两点之间的距离以及方位该方位角与下位机电子罗盘方位角相对应，方便了机体的运算。
综上，本发明运用了RTKLIB中的RTKNAVI解算GPS+GLONASS卫星，使用动态RTK实时定位模式，解算当前机体坐标支持多种GNSS实时和后处理定位模式：单点定位、DGPS/DGNSS,动态RTK、静态RTK、移动基站、PPP，并且通过上位机将加入PID参数调节，方便机体调试。下位机将加入PID控制电机处理，并充分利用JY901九轴姿态传感器实现INS与RTK导航的有效结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.基于RTK的导航小车，其特征在于：包括软件部分、硬件部分和室外测试，所述软件部分包括RTKNAVI、上位机和下位机，所述RTKLIB是全球导航卫星系统GNSS的标准精密定位开源程序包，由一个便携式程序库和多个AP工具库组成，支持多个GNSS系统的标准和精密定位算法，包括GPS，GLONASS，Beidou，Galileo，QZSS和SBAS，支持多种GNSS实时和后处理定位模式：单点定位、DGPS/DGNSS,动态RTK、静态RTK、移动基站、PPP。
2.根据权利要求1所述的基于RTK的导航小车，其特征在于：所述上位机主要负责转送RTKNAVI输出的坐标信息、航迹规划、数据记录、发送STM32控制命令，由于RTKNAVI选择了串口输出数据，上位机选择串口接收数据，两者都是在电脑内存中运行。
3.根据权利要求1所述的基于RTK的导航小车，其特征在于，所述下位机使用了STM32F103ZET6作为主控芯片，由EEPROM、JY901九轴姿态传感器、CC2530串口收发模块、L298N小型电机驱动模块组成。
4.根据权利要求1所述的基于RTK的导航小车，其特征在于，所述室外测试包括如下步骤：
第一步：使用U-centre检查单个GPS模块通讯，测试卫星信号强度，选择适合的卫星；
第二步：打开RTKNAVI，选择通讯模式，配置参数，开始；
第三步：等待RTKNAVI达到Fix状态；
第四步：打开上位机，接收RTKNAVI解算的坐标信息，在上位机上查看描绘出来的点是否跟现实对应，不对应需要重新开始；
第五步：上位机规划航迹并发送到下位机STM32上；
第六步：开始导航。
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