无人机迈入“精准定位”时代 RTK技术“破三关”为其保驾护航

无人机迈入“精准定位”时代 RTK技术“破三关”为其保驾护航

　　导读：在无人机商业化的大潮下，“精准作业”也日益成为当下商用无人机领域的热门话题。随着大疆以及极飞等企业在RTK定位技术领域的探索，新一代RTK“厘米级”定位技术也逐渐受到市场的广泛关注。但该技术在产品化过程中，由于抗干扰性、应用门槛以及经济成本等多方面存在缺陷和不足，想要进一步实现应用存在困难。这就需要整个行业齐心协力，从根本上解决问题，才能打破瓶颈迎来无人机“精准定位”的时代。

　　作为无人机定位领域的一大全新探索性工程，RTK技术以其主打的“厘米级”精度受到越来越多的企业的认可。截至目前，业内已有包括极飞、大疆等企业已经陆续开始将该技术进行产品化，例如大疆最新推出的M200系列商用无人机产品以及极飞科技的P20 V2植保无人机产品中都配备了RTK定位系统。除了大疆和极飞等少数企业，国内同行大多对于该技术仅抱着持续观望的态度。

　　从技术方面来看，目前行业内的应用更多的偏向于双频RTK技术(主要是由于单频RTK的定位能力远不足双频RTK)，双频RTK定位的精度很高，在该模式下，RTK系统能够将实际测量误差缩小到0.4m左右，加之以差分工作状态下，其精度能够达到“1cm+1ppm”左右，同时还可以消除周围磁干扰的影响，保障无人机飞行的安全稳定，这也是大疆以及极飞等企业敢于探索该技术的产品化的主要原因。

　　RTK定位原理图

　　不过，RTK技术虽然在精度上远胜于之前的GPS以及多目系统的“米级”水平，但在笔者看来，该技术想要真正实现普及化使用并不容易，必须要克服经济成本、应用门槛以及抗干扰性等多方面的难题。尽管目前已有一些“财大气粗”的企业敢于下地“试水”，但在产品化的过程中该技术所暴露出来的种种问题和缺陷也值得整个行业关注。

　　首先，抗干扰能力是RTK定位技术较为薄弱的环节。由于该系统主要由流动站和地面基准站协同作用来实现定位，即使流动站(无人机)的定位能力很强，但如果GPS基准站设备对于数据或者信号的收发能力较弱，对周围的一些磁信号抗性不强的话，也会直接导致无人机RTK系统出现较大的定位误差。同时，由于在实际应用中会受卫星信号的不断衰减以及卫星在中、低纬度地区较易产生定位盲区等诸多不确定因素的影响，GPS基准站不能够准确的获取定位信息，进而对一些数据误差处理也会出现较大的漂移，无人机流动站的精准作业也就更加困难。

　　除了容易受到信号影响之外，RTK定位系统的精度也会受无人机飞行距离的制约。这主要是由于数据链信号在传输过程中较易受到外界环境干扰，同时其衰减会随着环境复杂度的变化而逐渐增大，当携带RTK定位系统的无人机作业半径超过一定距离时，测量结果的误差会明显超限，而且随着距离的增大误差更会急剧增加。换句话说，虽然“厘米级”精度是其优势，但“厘米级”的定位范围如果超出了额定距离，高精度定位也就只能是“天方夜谭”。纵使是大疆最新的D-RTK定位系统，其有效定位距离也仅能2公里范围内，而超出此范围定位误差便会小幅增加，如果超出10公里的范围误差就会急剧增加。

　　DJI D-RTK定位系统

　　其次，在应用门槛上，RTK技术由于结构复杂以及基准站的放置位置也需要一些专业性考究，因此不利于该技术的普及化。从系统结构方面来看，RTK系统的硬件结构非常复杂，通常需要由RTK处理器、多根数据天线和数传电台模块组成，这对于安装、调试和使用都有比较高的要求，不是一般的用户所能应付。而且，要想令RTK定位系统发挥真正的效果，就必须要对基站的放置位置做出足够精准的预判和评估，主要是因为RTK定位系统所计算出的定位坐标都是基于GPS基准站位置的坐标，若基准站的位置设置不好，对于信号的收发都会有影响，也将直接影响无人机RTK系统的精准定位，所以说，该技术目前想要实现普及化更是难上加难。

　　最后，纵使该技术能够克服上述诸多技术难题，但在实际市场化的进程中，也必须要考虑经济成本。由于系统结构的复杂性以及高精度元器件和技术开发等一系列的成本的累积，导致目前市面上所能见到的一些RTK高精度定位模块的价格十分昂贵，动辄3至5万元不等，例如大疆开发的“RTK-B+Datalink Pro”套装就定价在29999元，更有其他的一些同等水平的RTK系统定价在5万元左右，再加上无人机的整机成本和其他服务成本，无论对于企业还是个人用户来说无疑是一笔巨大的开销。因此，想要真正实现该技术在电力巡线，或是潜力渐长的农业植保等领域的普及化应用，成本都是“大疆们”所需要克服的重大难关。

　　总而言之，记者认为，作为商用无人机领域的一大新技术，RTK系统在定位精度上的独特优势着实值得我们称赞。但在实际的产品化应用当中，其暴露出来的一些问题和缺陷也需要整个行业去审视与考量。要想实现无人机的商业化，就必须在这些根本性的问题上做文章：在抗干扰能力方面，由于流动站对于基准站的依赖性太强，未来实现基准站与流动站的一体化集成方案则是一大发展方向，目前已有企业在该领域进行深入探讨;应用门槛方面，RTK系统目前所面临的主要问题也是结构和操作上的复杂性，不过随着“大疆们”对该技术的不断探索，相信未来会逐步实现结构精简化和操作便携化;而对于最为根本的成本控制方面，则是业内需要长期关注的难题，这不仅需要对元器件产业链进行成本严格把控和整合，还需要在研发、生产等各方面下功夫。只有将这些瓶颈性难题一一克服，才能真正迎来无人机“精准定位“的时代。

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　　RTK(Real-time kinematic)载波相位差分技术，它是一种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。其工作原理是：RTK基准站通过其发射电台将所接收到的载波相位信号发射出去，而流动站在接受卫星信号的同时也通过其接收电台接收基准站的电台信号;而在这两信号的基础上，流动站上的固化软件就可以实现差分计算，从而精确的定出基准站与流动站之间的空间相对位置关系。