CN111337962A - 雷场探测中的rtk定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雷场探测中的RTK定位系统，由1个集成于地面控制主机的RTK基准站、N个集成于探测分机内的RTK移动站组成，RTK基准站与各RTK移动站之间通过无线数据通信链路连接，RTK基准站设置在探测区域200m以外的安全位置，搭载RTK移动站的探测分机在地面控制主机的控制下低空飞行以完成雷场探测任务。其有益效果在于：本发明将RTK定位系统与雷场探测系统集成一体，解决了雷场探测目标的准确定位问题，实现了雷场多源信息同步探测，且采用嵌入式结构、成本低，对提高雷场探测的准确性、可靠性和安全性具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及测量与定位技术领域，特别是一种雷场探测中的RTK定位系统。
背景技术
雷场是曾经的主战场阵地前沿，通常会存在地雷、子弹、迫击炮弹、手榴弹等爆炸物，由于长期的闲置，大多生长着茂密的植被且地形结构复杂，为解决实际雷场的安全探测问题，专利（CN110554437A 2019.12.10）中公开了一种由1个探测控制主机与i个具有飞行功能、多源信息探测功能的探测分机Si组成的雷场多源信息同步探测系统，取得了“克服了传统单参量探测的不确定性，同时有效避免时空差异对探测数据的影响，提高雷场探测的准确性、可靠性”的有益效果。显然，CN110554437A公开的探测系统在探测过程中需要通过探测分机Si的准确位置来进一步确定雷场可疑区域的范围，这就需要一种能实时提供准确位置的装置或系统。
RTK（Real - time kinematic，实时动态）是以载波相位观测值进行实时动态相对定位的技术，其原理是将位于基准站上的GPS接收机观测的卫星数据，通过数据通信链（无线电台）实时发送出去，而位于附近的移动站GPS接收机在对卫星观测的同时，也接收来自基准站的电台信号，实时处理两个测量站载波相位观测量的差分数据，进行求差解算给出移动站的三维坐标，并估算其精度。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。利用RTK测量时，至少配备两台GPS接收机，一台固定安放在基准站上，另外一台作为移动站进行点位测量。在两台接收机之间还需要数据通信链，实时将基准站上的观测数据发送给移动站。对移动站接收到的数据（卫星信号和基准站的信号）进行实时处理还需要RTK软件，其主要完成双差模糊度的求解、基线向量的解算、坐标的转换。
现有的RTK定位系统，如：中海达RTK V90系统、南方三鼎T20 RTK测量系统、华星GPS A8系统、集思宝G10A星站差分RTK系统、中纬Zenith15Pro全球定位系统、华测GPS X10系统等；虽然能实现快速、精确的测量定位，但其自成系统且对接口协议不公开、外形大而笨重、价格昂贵，不适合探测系统中的小型飞行器搭载，且难以与探测分机集成一体来完成雷场多源信息同步探测。因此，研发一种适合雷场探测应用的小型化、低成本的RTK定位系统具有重要意义。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明公开了一种雷场探测中的RTK定位系统。
本发明的技术方案是：一种雷场探测中的RTK定位系统，由1个集成于地面控制主机的RTK基准站、N个集成于探测分机内的RTK移动站组成，RTK基准站与各RTK移动站之间通过无线数据通信链路连接，RTK基准站设置在探测区域200m以外的安全位置，搭载RTK移动站的探测分机在地面控制主机的控制下低空飞行以完成雷场探测任务；其中，RTK基准站的卫星信号处理模块采用NEO-M8P-2，配置为静态运行模式，由用户设置天线位置坐标或通过其内部接收器自检生成天线位置坐标，在天线位置坐标有效后开始RTCM参考位置信息流实时传输，为RTK定位系统的各RTK移动站提供参考位置信息以实现其厘米级精度的定位；RTK移动站的卫星信号处理模块采用NEO-M8P-0，默认配置为导航模式，在自身对卫星观测的同时还通过无线数据通信链路接收来自RTK基准站的RTCM参考位置信息流，实时处理RTK基准站、RTK移动站的载波相位观测量差分数据并进行求差解算得到移动站厘米级精度的三维坐标；探测过程中，地面控制主机配置为RTK基准站、各探测分机配置为RTK移动站，地面控制主机通过无线数据通信链路控制各探测分机按规划航线飞行、实时发送RTCM参考位置信息流并获取各探测分机的定位信息以纠正各探测分机的飞行姿态；同步探测时，地面控制主机向各探测分机发送带时间戳的同步探测命令，接着地面控制主机的军用便携机在规定的时间戳通过USB接口设置RTK基准站的卫星信号处理模块使其输出同步时钟脉冲到天然磁场探测模块，同时各探测分机的探测分机飞控CPU在规定的时间戳设置RTK移动站的卫星信号处理模块使其输出同步时钟脉冲到探测分机探测CPU，系统在同步时钟脉冲上升沿对探测信号进行采集，以实现雷场探测中的天然电磁场、脉冲电磁感应、UWB雷达波的分时同步探测。
在本发明中，所述的RTK基准站由卫星信号处理模块IC2、低噪声放大器IC3、四位二选一模拟开关IC4、无线收发模块IC5、天线ANT1和天线ANT2、电感L1、电容C1～C15、电阻R1～R4、发光二极管LED1～LED2 、TVS管DR1、USB转SPI桥接控制器IC1和军用便携机组成，电容C3、C6、C8、C9、C11、C13为解耦电容，C4、C2、C5、C7、C10、C12、C14为旁路电容，将电感L1与电容C1谐振点调整到卫星信号频段以起到滤除谐波的作用，TVS管DR1用于保护军用便携机的USB接口，军用便携机通过USB接口连接USB转SPI桥接控制器IC1以实现将USB转SPI且在USB转SPI桥接控制器IC1的GPIO0低有效时选通天然磁场探测模块进行通信、GPIO1低有效时选通UWB模块进行通信、GPIO2和GPIO10低有效时选通卫星信号处理模块IC2进行通信，USB转SPI桥接控制器IC1的GPIO10在控制选择卫星信号处理模块IC2的20、21、19、18引脚为SPI或UART的同时还控制四位二选一模拟开关IC4将SPI信号连接至USB转SPI桥接控制器IC1或将UART信号连接至无线收发模块IC5，卫星信号处理模块IC2的输出时钟脉冲连接到天然磁场探测模块的TIME_PULS用于与各探测分机一起在输出时钟脉冲上升沿同步启动天然电磁场探测工作，电阻R2为上拉电阻，电阻R1与发光二极管LED1用于RTK状态指示，电阻R3与发光二极管LED2用于指示无线收发模块IC5的工作状态，电阻R4与电容C15组成阻容滤波网络用于滤除地线上的高频噪声；卫星信号由天线ANT1接收后经电容C1、电感L1、低噪声放大器IC3送卫星信号处理模块IC2处理后得到天线ANT1的静态坐标和载波相位观测量，军用便携机可需要时从卫星信号处理模块IC2获取天线ANT1的静态坐标，当军用便携机将卫星信号处理模块IC2设置为RTK基准站模式时，则载波相位观测量以RTCM参考位置信息流形式经四位二选一模拟开关IC4、无线收发模块IC5、天线ANT2发射，RTK移动站接收该RTCM参考位置信息流并与自身的观测量一起进行求差解算得到厘米级精度的移动站三维坐标。
在本发明中，所述的RTK移动站由卫星信号处理模块IC6、低噪声放大器IC7、无线收发模块IC8、天线ANT3和天线ANT4、电感L2、电容C20～C25组成，电容C21、C24为解耦电容，C22、C23、C25为旁路电容，将电感L2与电容C20谐振点调整到卫星信号频段以起到滤除谐波的作用，探测分机飞控CPU通过连接卫星信号处理模块IC6的RTK状态输出RTK_STAT、外部中断输入EXTINT、复位输入RESET_N及USB接口实现对卫星信号处理模块IC6的工作参数配置、状态监测与控制，探测分机飞控CPU通过连接无线收发模块IC8的工作模式配置输入M0和M1、工作状态输出AUX用于其配置和监控，无线收发模块IC8的UART接口RXD和TXD与卫星信号处理模块IC6连接，卫星信号处理模块IC6的输出时钟脉冲TIME_PULS连接至探测分机探测CPU；卫星信号由天线ANT3接收后经电容C20、电感L2、低噪声放大器IC7送卫星信号处理模块IC6，RTK基准站接收的卫星信号以RTCM参考位置信息流形式发射由天线ANT4接收并连接至卫星信号处理模块IC6，信号处理模块IC6实时处理RTK基准站、RTK移动站的两个载波相位观测量的差分数据，进行求差解算得出移动站的三维坐标，然后通过其USB接口传输到探测分机飞控CPU用于探测过程中探测分机的飞行导航，同时探测分机飞控CPU将该三维坐标信息通过RS485传输给探测分机探测CPU以探测数据的精确位置，所有探测分机在信号处理模块IC6输出时钟脉冲TIME_PULS上升沿同步启动探测工作以实现雷场多源信息的同步探测。
本发明的有益效果在于：将RTK基准站集成于地面控制主机内、RTK移动站集成于探测分机内，解决了雷场探测目标的准确定位问题，实现了雷场多源信息同步探测，且采用嵌入式结构、成本低，对提高雷场探测的准确性、可靠性和安全性具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图；
图2是本发明RTK系统基准站实施例的原理图；
图3是本发明RTK系统移动站实施例的原理图；
图4是本发明RTK系统的卫星信号强度显示界面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作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。
参见附图，图1是本发明的系统结构框图。雷场探测中的RTK定位系统由1个集成于地面控制主机的RTK基准站、N个集成于探测分机内的RTK移动站组成，RTK基准站与各RTK移动站之间通过无线数据通信链路连接，RTK基准站设置在探测区域200m以外的安全位置，搭载RTK移动站的探测分机在地面控制主机的控制下低空飞行以完成雷场探测任务；其中，RTK基准站的卫星信号处理模块采用NEO-M8P-2，配置为静态运行模式，由用户设置天线位置坐标或通过其内部接收器自检生成天线位置坐标，在天线位置坐标有效后开始RTCM参考位置信息流实时传输，为RTK定位系统的各RTK移动站提供参考位置信息以实现其厘米级精度的定位；RTK移动站的卫星信号处理模块采用NEO-M8P-0，默认配置为导航模式，在自身对卫星观测的同时还通过无线数据通信链路接收来自RTK基准站的RTCM参考位置信息流，实时处理RTK基准站、RTK移动站的载波相位观测量差分数据并进行求差解算得到移动站厘米级精度的三维坐标；探测过程中，地面控制主机配置为RTK基准站、各探测分机配置为RTK移动站，地面控制主机通过无线数据通信链路控制各探测分机按规划航线飞行、实时发送RTCM参考位置信息流并获取各探测分机的定位信息以纠正各探测分机的飞行姿态；同步探测时，地面控制主机向各探测分机发送带时间戳的同步探测命令，接着地面控制主机的军用便携机在规定的时间戳通过USB接口设置RTK基准站的卫星信号处理模块使其输出同步时钟脉冲到天然磁场探测模块，同时各探测分机的探测分机飞控CPU在规定的时间戳设置RTK移动站的卫星信号处理模块使其输出同步时钟脉冲到探测分机探测CPU，系统在同步时钟脉冲上升沿对探测信号进行采集，以实现雷场探测中的天然电磁场、脉冲电磁感应、UWB雷达波的分时同步探测。本发明中，将探测控制主机设置为基站，各探测分机为移动站，RTK系统的基本结构如附图1所示。移动站电路部分采用NEO-M8P-0，基站电路部分采用NEO-M8P-2，基站电路部分通过数据通信链路发送RTCM协议格式的数据给移动站，经过移动站中的算法进行数据处理，输出精度为厘米级别的定位数据。在默认配置中，移动站处于导航模式，NEO-M8P模块将根据接收到的校正数据，尝试提供最佳的定位精度。一旦收到RTCM3消息的数据流，它将进入RTK浮动模式，当模块解决了载波相位的模糊性，则进入RTK固定模式。当移动站处于RTK固定模式时，可以预期相对精度将正确到厘米级。通常需要不到60秒的时间，移动站才能解决载波模糊问题，并从RTK浮动模式转到RTK固定模式，这个时间段的长度称为收敛时间。当可以估计5个或更多模糊度时，移动站将尝试提供RTK固定模式。对于单星座接收机，这意味着至少6颗具有连续相位锁定的卫星需要在仰角掩模上方可见（默认为10°）。从另一个星座添加卫星需要至少2颗卫星才能形成双差测量；因此，对于双GPS和GLONASS操作，最少由7颗卫星组成（例如5颗GPS+2颗GLONASS）；但是，由于北斗卫星有两种不同的变体，与其他北斗卫星一起使用需要8颗卫星（例如5颗GPS+3颗北斗卫星）。如果在保持RTK固定模式所需的最小信号量上松开载波相位锁定，则移动站将返回到RTK浮动模式；一旦恢复了最小数量的信号，移动站将继续尝试解决载波模糊问题，并返回RTK固定模式。如果RTCM参考位置信息流不可用，NEO-M8P模块将作为独立的标准精密接收器运行。命令UBX-CFG-DGNSS可用于指定接收器应保持在RTK浮动模式，并且不应尝试修复整数模糊性。当前的工作模式由相关的NMEA和UBX-NAV消息指示。在RTK模式下，移动站计算其相对于基准位置的位置，相对精度最多可以精确到厘米级；为了获得绝对意义上的最优精度，必须优化基站位置的精度。在UBX-NAV-RELPOSNED消息中，相对位置以NED向量的形式描述。基站位置的绝对精度将转换为以差分模式工作的移动站的绝对精度，NEO-M8P-2基站模块具有确保最佳绝对精度的功能。NEO-M8P-2可配置为静态或移动基站运行模式。在使用之前，必须将NEO-M8P-2配置为使用UBX-CFG-MSG生成所需的RTCM消息；对于静态操作，用户可以选择地提供一组位置坐标，也可以通过接收器自检生成自己的位置坐标，当任一模式设置正确且位置有效时，将启用RTCM参考位置消息进行传输。当设置移动基站模式时，基站接收器必须确保固定位置模式被禁用，并且参考发送RTCM 4072消息。NEO-M8P-2可以设置为使用先前测量的基础天线位置坐标的静态模式，如果这些坐标是最高质量的，该方法能确保移动站单元的最佳绝对精度；在此模式成功配置后，NEO-M8P-2将输出RTCM3消息。使用命令UBX-CFG-TMODE3设置此模式，接收器模式标志为“固定模式”，输入的WGS84坐标可以用LAT/LON/ALT或ECEF格式给出，一旦设置完毕，基站将监视其位置，以便检测到其指定位置的任何位置变化，超过100米的位置变化通过警告信息报告。NEO-M8P-2能够在没有使用其他手段对基地天线进行测量的情况下，在其坐标系中进行自测；当采用这种模式时，用户对精度和最短观察时间提供限制，接收器将平均其位置估计并输出任何配置的RTCM 3观测消息，直到满足这两个约束条件；在此之后，它将开始在静态模式下运行，并将输出配置的RTCM3参考站消息。使用命令UBX-CFG-TMODE3设置此模式，并设置模式标志“Survey In”。输入的WGS84坐标可以用LAT/LON/ALT或ECEF格式给出。移动基线（MB）模式不同于标准RTK操作，因为基站不再固定在预先确定的位置；基站和移动站接收器都可以移动，同时计算接收器天线之间的精确矢量；要确保在此模式下运行，需使用设置了模式标志“disabled”的消息UBX-CFG-TMODE3，并确保已启用RTCM 4072消息。此模式允许在动态或静态平台上计算航向，并提供厘米级的精确三维矢量，适用于无人机编队飞行中的动态定位。
图2是本发明RTK系统基准站实施例的原理图。RTK基准站由卫星信号处理模块IC2、低噪声放大器IC3、四位二选一模拟开关IC4、无线收发模块IC5、天线ANT1和天线ANT2、电感L1、电容C1～C15、电阻R1～R4、发光二极管LED1～LED2 、TVS管DR1、USB转SPI桥接控制器IC1和军用便携机组成，电容C3、C6、C8、C9、C11、C13为解耦电容，C4、C2、C5、C7、C10、C12、C14为旁路电容，将电感L1与电容C1谐振点调整到卫星信号频段以起到滤除谐波的作用，TVS管DR1用于保护军用便携机的USB接口，军用便携机通过USB接口连接USB转SPI桥接控制器IC1以实现将USB转SPI且在USB转SPI桥接控制器IC1的GPIO0低有效时选通天然磁场探测模块进行通信、GPIO1低有效时选通UWB模块进行通信、GPIO2和GPIO10低有效时选通卫星信号处理模块IC2进行通信，USB转SPI桥接控制器IC1的GPIO10在控制选择卫星信号处理模块IC2的20、21、19、18引脚为SPI或UART的同时还控制四位二选一模拟开关IC4将SPI信号连接至USB转SPI桥接控制器IC1或将UART信号连接至无线收发模块IC5，卫星信号处理模块IC2的输出时钟脉冲连接到天然磁场探测模块的TIME_PULS用于与各探测分机一起在输出时钟脉冲上升沿同步启动天然电磁场探测工作，电阻R2为上拉电阻，电阻R1与发光二极管LED1用于RTK状态指示，电阻R3与发光二极管LED2用于指示无线收发模块IC5的工作状态，电阻R4与电容C15组成阻容滤波网络用于滤除地线上的高频噪声；卫星信号由天线ANT1接收后经电容C1、电感L1、低噪声放大器IC3送卫星信号处理模块IC2处理后得到天线ANT1的静态坐标和载波相位观测量，军用便携机可需要时从卫星信号处理模块IC2获取天线ANT1的静态坐标，当军用便携机将卫星信号处理模块IC2设置为RTK基准站模式时，则载波相位观测量以RTCM参考位置信息流形式经四位二选一模拟开关IC4、无线收发模块IC5、天线ANT2发射，RTK移动站接收该RTCM参考位置信息流并与自身的观测量一起进行求差解算得到厘米级精度的移动站三维坐标。根据图1所示的RTK系统基本结构，本发明中，将RTK基站与探测控制主机融为一体，基于NEO-M8P-2的RTK系统基站原理如图2所示。军用便携机通过USB接口连接USB转SPI的桥接控制器IC1（CP2130），由CP2130实现对RTK基站、UWB模块、天然磁场探测模块的管理和控制。RTK基站部分由IC2（NEO-M8P-2）、IC3（BGA524）、IC4（MAX4754）、IC5（E50-TTL）和电阻电容等组成。BGA524是一款全球导航卫星系统（GNSS）用硅锗低噪声放大器，用于放大GPS接收天线经C1、L1耦合过来的信号，以提高RTK系统的接收灵敏度；其工作频率为1550-1615MHz，增益高达19.6dB，带-4dBm的外输入三阶截获点、输入-12 dBm的 1dB压缩点，噪声系数低至0.55 dB，工作电压范围：1.5 V-3.3 V，电流消耗：2.5mA，可数字开/关控制（1V逻辑高电平），射频输出内部匹配到50Ω；2kV的 HBM ESD保护（包括AI引脚），仅需1个外部SMD组件，超小型TSNP-6-2无铅封装。RTK基站的NEO-M8P-2模块通过其SPI接口进行配置，由于该模块的SPI接口与SCI接口的引脚是共用的，若采用SCI接口进行RTCM协议格式数据包发送，则需进行引脚切换，本设计中由MAX4754实现。MAX4754具有4个0.5Ω的SPDT开关，由两个逻辑输入控制，采用1.8-5.5V单电源供电。E50-TTL用于构成基站与移动站之间的通信链路，基站电路部分通过通信链路向移动站发送RTCM协议格式数据包，以实现移动站的精确定位。E50-TTL-500 是一款500mW 的无线传输模块，工作在148-173.5MHz频段，使用串口进行数据收发，降低了无线应用的门槛；它具有功率密度集中、传输距离远、抗干扰能力强的优势。模块具有软件FEC 前向纠错算法，其编码效率较高，纠错能力强，在突发干扰的情况下，能主动纠正被干扰的数据包，大大提高可靠性和传输距离（在没有FEC的情况下，这种数据包只能被丢弃）。模块具有数据加密和压缩功能，在空中传输的数据具有随机性，通过严密的加解密算法，使得数据截获失去意义，而数据压缩功能有概率减小传输时间、减小受干扰的概率、提高可靠性和传输效率。模块具有四种工作模式，可以在运行时自由切换，其工作模式由引脚M1、M0的输入状态决定；M1M0=00时为一般模式0，串口打开，无线打开，透明传输，接收方必须是模式0、1；M1M0=01时为唤醒模式1，串口打开，无线打开，和模式0 唯一区别是在数据包发射前，自动增加唤醒码，这样才能唤醒工作在模式2 的接收方，接收方可以是模式0、1、2；M1M0=10时为省电模式2，串口接收关闭，无线处于空中唤醒模式，收到无线数据后，打开串口发出数据，发射方必须模式1，该模式下不能发射；M1M0=11时为休眠模式3，模块进入休眠，可以接收参数设置命令。在省电模式下，消耗电流仅几十微安，非常适合超低功耗应用。模块供电电压为2.3V - 5.5V直流，要求电源的电流供给能力不小于700mA。模块发射时，由于电流突变，可能会导致电源产生较大纹波。此时，用户的外部电路必须要有纹波抑制能力。用低静态电流、低压差的LDO 时，需要尤其注意。因为常见的LDO 纹波抑制能力较差。而使用普通线性稳压器，或静态电流较大的稳压器，或DC-DC时，情况会乐观得多。此处特地提出电源问题，希望用户能引起足够重视。良好的电源品质是无线模块稳定工作的前提，并有效提升模块传输距离、接收灵敏度以及使用寿命。AUX 用于无线发射指示和串口输出指示。它指示模块是否有数据尚未通过无线发射出去，或已经收到无线数据是否尚未通过串口全部发出。
图3是本发明RTK系统移动站实施例的原理图。RTK移动站由卫星信号处理模块IC6、低噪声放大器IC7、无线收发模块IC8、天线ANT3和天线ANT4、电感L2、电容C20～C25组成，电容C21、C24为解耦电容，C22、C23、C25为旁路电容，将电感L2与电容C20谐振点调整到卫星信号频段以起到滤除谐波的作用，探测分机飞控CPU通过连接卫星信号处理模块IC6的RTK状态输出RTK_STAT、外部中断输入EXTINT、复位输入RESET_N及USB接口实现对卫星信号处理模块IC6的工作参数配置、状态监测与控制，探测分机飞控CPU通过连接无线收发模块IC8的工作模式配置输入M0和M1、工作状态输出AUX用于其配置和监控，无线收发模块IC8的UART接口RXD和TXD与卫星信号处理模块IC6连接，卫星信号处理模块IC6的输出时钟脉冲TIME_PULS连接至探测分机探测CPU；卫星信号由天线ANT3接收后经电容C20、电感L2、低噪声放大器IC7送卫星信号处理模块IC6，RTK基准站接收的卫星信号以RTCM参考位置信息流形式发射由天线ANT4接收并连接至卫星信号处理模块IC6，信号处理模块IC6实时处理RTK基准站、RTK移动站的两个载波相位观测量的差分数据，进行求差解算得出移动站的三维坐标，然后通过其USB接口传输到探测分机飞控CPU用于探测过程中探测分机的飞行导航，同时探测分机飞控CPU将该三维坐标信息通过RS485传输给探测分机探测CPU以探测数据的精确位置，所有探测分机在信号处理模块IC6输出时钟脉冲TIME_PULS上升沿同步启动探测工作以实现雷场多源信息的同步探测。附图3中的探测分机作为移动站，卫星信号处理模块IC6采用NEO-M8P-0，GPS信号由天线ANT3接收，经电容C20、电感L2、低噪声放大器IC7(BGA524)送NEO-M8P-0模块。电容C21、C24为解耦电容，C22、C23、C25为旁路电容，电感L2与电容C20串联主要有以下作用：（1）躲开谐波的谐振点，避免谐波放大和电容器过流损坏；（2）限制投入的涌流；（3）有意将谐振点调整到谐波频率，起到滤除谐波的作用。NEO-M8P-0模块由探测分机的飞控CPU通过USB接口配置和接收并解析RTK定位信息，同时探测分机的飞控CPU设置IC8(E50-TTL)并监控其工作状态。E50-TTL通过天线ANT4接收RTCM参考位置信息流并连接至NEO-M8P-0模块，以与基站形成RTK定位系统。探测分机的探测CPU通过RS485接口与飞控CPU连接，以实时获取RTK定位信息，并由NEO-M8P-0模块输出的时钟脉冲TIMEPULSE(默认1 Hz，可配置0.25Hz-10MHz)同步其探测工作。
图4是本发明RTK系统的卫星信号强度显示界面。如图1所示的本发明的RTK系统，移动站电路部分采用NEO-M8P-0，基站电路部分采用NEO-M8P-2，基站电路部分通过通信链表发送RTCM协议格式的数据给移动站，探测分机通过接收移动站输出的数据来实现定位数据的解析，并且在系统中移动站和基站能够直接通过USB连接到计算机进行配置和测试。按图2、图3研制完成RTK系统后，运用瑞士u-blox公司提供的专业测试软件u-center进行测试与分析。u-center软件功能强大完善,可以测试数百种专业GPS功能，如星数、收星质量、及星空分布等各种各样的参数，同时内置模块软件升级功能，u-center软件被公认为目前全球在易用性、高精确性、功能完美性最完美的GPS专业测试软件，成为全球其它GPS厂商必备之测试软件，绝大部分可测试指标范围均能达到军用专业GPS测试标准。将基站连接至U-centre软件，检查软件界面右上角的方框中，Fix Mode栏目是否显示为TIME。如果Fix Mode没有进入TIME，则基站的当前状态不足以使移动站进入RTK模式。基站没有进入TIME Mode的可能原因为：基站接受的信号不够强。检查基站当前搜星信号，查看软件界面右下角的对话框。对话框中的竖条为当前基站接收的卫星情况，一个竖条代表一颗卫星（GPS或北斗/GLONASS，取决于选择接收的导航系统）。 基站进入TIME Mode的要求为：5颗GPS卫星信号+2颗GLONASS卫星信号在强度在40以上；或者5颗GPS卫星信号+3颗北斗卫星信号在强度在40以上。如图4所示，仅有一颗卫星强度高于40，则信号条件未达到RTK的标准。
本发明的有益效果在于：将RTK基准站集成于地面控制主机内、RTK移动站集成于探测分机内，解决了雷场探测目标的准确定位问题，实现了雷场多源信息同步探测，且采用嵌入式结构、成本低，对提高雷场探测的准确性、可靠性和安全性具有重要意义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种雷场探测中的RTK定位系统，由1个集成于地面控制主机的RTK基准站、N个集成于探测分机内的RTK移动站组成，RTK基准站与各RTK移动站之间通过无线数据通信链路连接，RTK基准站设置在探测区域200m以外的安全位置，搭载RTK移动站的探测分机在地面控制主机的控制下低空飞行以完成雷场探测任务；其特征在于：RTK基准站的卫星信号处理模块采用NEO-M8P-2，配置为静态运行模式，由用户设置天线位置坐标或通过其内部接收器自检生成天线位置坐标，在天线位置坐标有效后开始RTCM参考位置信息流实时传输，为RTK定位系统的各RTK移动站提供参考位置信息以实现其厘米级精度的定位；RTK移动站的卫星信号处理模块采用NEO-M8P-0，默认配置为导航模式，在自身对卫星观测的同时还通过无线数据通信链路接收来自RTK基准站的RTCM参考位置信息流，实时处理RTK基准站、RTK移动站的载波相位观测量差分数据并进行求差解算得到移动站厘米级精度的三维坐标；探测过程中，地面控制主机配置为RTK基准站、各探测分机配置为RTK移动站，地面控制主机通过无线数据通信链路控制各探测分机按规划航线飞行、实时发送RTCM参考位置信息流并获取各探测分机的定位信息以纠正各探测分机的飞行姿态；同步探测时，地面控制主机向各探测分机发送带时间戳的同步探测命令，接着地面控制主机的军用便携机在规定的时间戳通过USB接口设置RTK基准站的卫星信号处理模块使其输出同步时钟脉冲到天然磁场探测模块，同时各探测分机的探测分机飞控CPU在规定的时间戳设置RTK移动站的卫星信号处理模块使其输出同步时钟脉冲到探测分机探测CPU，系统在同步时钟脉冲上升沿对探测信号进行采集，以实现雷场探测中的天然电磁场、脉冲电磁感应、UWB雷达波的分时同步探测。
2.根据权利要求1所述的雷场疑似目标探测系统，其特征是：所述的RTK基准站由卫星信号处理模块IC2、低噪声放大器IC3、四位二选一模拟开关IC4、无线收发模块IC5、天线ANT1和天线ANT2、电感L1、电容C1～C15、电阻R1～R4、发光二极管LED1～LED2 、TVS管DR1、USB转SPI桥接控制器IC1和军用便携机组成，电容C3、C6、C8、C9、C11、C13为解耦电容，C4、C2、C5、C7、C10、C12、C14为旁路电容，将电感L1与电容C1谐振点调整到卫星信号频段以起到滤除谐波的作用，TVS管DR1用于保护军用便携机的USB接口，军用便携机通过USB接口连接USB转SPI桥接控制器IC1以实现将USB转SPI且在USB转SPI桥接控制器IC1的GPIO0低有效时选通天然磁场探测模块进行通信、GPIO1低有效时选通UWB模块进行通信、GPIO2和GPIO10低有效时选通卫星信号处理模块IC2进行通信，USB转SPI桥接控制器IC1的GPIO10在控制选择卫星信号处理模块IC2的20、21、19、18引脚为SPI或UART的同时还控制四位二选一模拟开关IC4将SPI信号连接至USB转SPI桥接控制器IC1或将UART信号连接至无线收发模块IC5，卫星信号处理模块IC2的输出时钟脉冲连接到天然磁场探测模块的TIME_PULS用于与各探测分机一起在输出时钟脉冲上升沿同步启动天然电磁场探测工作，电阻R2为上拉电阻，电阻R1与发光二极管LED1用于RTK状态指示，电阻R3与发光二极管LED2用于指示无线收发模块IC5的工作状态，电阻R4与电容C15组成阻容滤波网络用于滤除地线上的高频噪声；卫星信号由天线ANT1接收后经电容C1、电感L1、低噪声放大器IC3送卫星信号处理模块IC2处理后得到天线ANT1的静态坐标和载波相位观测量，军用便携机可需要时从卫星信号处理模块IC2获取天线ANT1的静态坐标，当军用便携机将卫星信号处理模块IC2设置为RTK基准站模式时，则载波相位观测量以RTCM参考位置信息流形式经四位二选一模拟开关IC4、无线收发模块IC5、天线ANT2发射，RTK移动站接收该RTCM参考位置信息流并与自身的观测量一起进行求差解算得到厘米级精度的移动站三维坐标。
3.根据权利要求1所述的雷场疑似目标探测系统，其特征是：所述的RTK移动站由卫星信号处理模块IC6、低噪声放大器IC7、无线收发模块IC8、天线ANT3和天线ANT4、电感L2、电容C20～C25组成，电容C21、C24为解耦电容，C22、C23、C25为旁路电容，将电感L2与电容C20谐振点调整到卫星信号频段以起到滤除谐波的作用，探测分机飞控CPU通过连接卫星信号处理模块IC6的RTK状态输出RTK_STAT、外部中断输入EXTINT、复位输入RESET_N及USB接口实现对卫星信号处理模块IC6的工作参数配置、状态监测与控制，探测分机飞控CPU通过连接无线收发模块IC8的工作模式配置输入M0和M1、工作状态输出AUX用于其配置和监控，无线收发模块IC8的UART接口RXD和TXD与卫星信号处理模块IC6连接，卫星信号处理模块IC6的输出时钟脉冲TIME_PULS连接至探测分机探测CPU；卫星信号由天线ANT3接收后经电容C20、电感L2、低噪声放大器IC7送卫星信号处理模块IC6，RTK基准站接收的卫星信号以RTCM参考位置信息流形式发射由天线ANT4接收并连接至卫星信号处理模块IC6，信号处理模块IC6实时处理RTK基准站、RTK移动站的两个载波相位观测量的差分数据，进行求差解算得出移动站的三维坐标，然后通过其USB接口传输到探测分机飞控CPU用于探测过程中探测分机的飞行导航，同时探测分机飞控CPU将该三维坐标信息通过RS485传输给探测分机探测CPU以探测数据的精确位置，所有探测分机在信号处理模块IC6输出时钟脉冲TIME_PULS上升沿同步启动探测工作以实现雷场多源信息的同步探测。
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