Проблема помехоустойчивости в режиме RTK (Real-Time Kinematic) по своей сути представляет собой борьбу между точностью сигнала и его надежностью. С одной стороны, достижение сантиметровой точности позиционирования в режиме RTK критически зависит от чистоты сигналов несущей фазы. С другой стороны, постоянно усложняющаяся электромагнитная обстановка, включающая многолучевое распространение, внутриканальные помехи и злонамеренный спуфинг (подделку сигналов), постоянно угрожает целостности сигнала.
Однако, прежде чем обсуждать методы помехоустойчивости для режима RTK, необходимо сначала понять, что же представляет собой этот режим.
Режим RTK — это аббревиатура технологии кинематики в реальном времени, высокоточного режима позиционирования в глобальных навигационных спутниковых системах (ГНСС). В то время как стандартные системы навигации в смартфонах или автомобилях обеспечивают точность на уровне метров (3–10 метров), режим RTK достигает сантиметровой точности (1–3 сантиметра). По сути, RTK — это «высокоточное позиционирование в реальном времени». Он не изменяет сами спутники, а использует наземные опорные станции для устранения ошибок спутниковых сигналов, повышая точность позиционирования с «понимания, на какой вы дороге» до «точного знания, на каком именно люке на этой дороге вы стоите».
RTK в основном используется в областях, требующих чрезвычайно высокой относительной пространственной точности:
- Строительство и инженерные работы: Вынос точек в натуру, топографическая съемка, позиционирование при забивке свай.
- Геодезия и кадастр: Делимитация границ, межевание земельных участков, подтверждение прав на землю.
- Сельское хозяйство: Автономный посев тракторами, выравнивание полей (требует сантиметровой точности для предотвращения пропусков и перекрытий).
- Автономное вождение: Точная навигация для низкоскоростных уборочных машин, карьерных самосвалов и сельскохозяйственной техники.
- Беспилотные летательные аппараты (БПЛА): Съемка без наземных контрольных точек, точное следование маршруту для опрыскивающих дронов.
Что такое помехоустойчивость с помощью антенны CRPA?
CRPA (антенна с управляемой диаграммой направленности, Controlled Reception Pattern Antenna) состоит из решетки множества небольших антенных элементов. С помощью алгоритмов она создает «провал сигнала» (null) в направлении помехи, эффективно устраняя преднамеренные подавляющие сигналы, постановщики помех и спуфинговые сигналы. Это обеспечивает надежность и безопасность позиционирования за счет пространственной пространственной фильтрации помех — эффекта, значительно превосходящего программную фильтрацию стандартных антенн. Антенны CRPA в первую очередь предназначены для работы в сложных электромагнитных условиях, характеризующихся преднамеренными помехами или спуфингом.
Техническая проблема помехоустойчивости CRPA в режиме RTK: Фазовое смещение
Процесс помехоустойчивости в CRPA, особенно во время формирования диаграммы направленности и создания провалов (null-steering), вызывает побочный эффект: он генерирует дополнительное смещение в измерениях несущей фазы, зависящее от направления.
- Для стандартной навигации: Когда требуется только позиция, влияние искажения фазы минимально.
- Для RTK: Несущая фаза является самой основой для достижения сантиметровой точности. Как только фаза искажается, основные алгоритмы RTK не могут работать корректно, что приводит к падению точности позиционирования с сантиметров до метров или даже к полному отказу в решении.
Это создает фундаментальное противоречие: технология CRPA, применяемая для помехоустойчивости, непреднамеренно разрушает измерения несущей фазы, от которых зависит высокая точность RTK.
Решение, объединяющее RTK и CRPA: CRPA с фазовой компенсацией
Для разрешения вышеуказанного противоречия и достижения как «помехоустойчивости, так и сохранения точности», высококлассные системы RTK используют комбинированное решение: «CRPA + алгоритм фазовой компенсации». Это и представляет собой истинную, высококлассную способность помехоустойчивости в режиме RTK.
Как это работает:
- Прием сигнала решеткой CRPA: Многоэлементная антенная решетка принимает все сигналы, включая как помехи, так и полезные спутниковые сигналы.
- Выполнение пространственной фильтрации: Встроенные алгоритмы в реальном времени вычисляют и генерируют провалы для подавления помех, выводя «чистый» сигнал, который, однако, несет в себе фазовое смещение.
- Критический этап: Компенсация фазового смещения: Это техническое ядро всей системы. Алгоритм компенсации фазы с низкой вычислительной сложностью в реальном времени вычисляет фазовое смещение, вызванное CRPA, и применяет обратную компенсацию.
- Вывод высококачественного сигнала: Конечный выходной сигнал — это сигнал, из которого удалены помехи, в то время как несущая фаза осталась нетронутой, готовый для высокоточного решения последующим RTK-движком.
Ранее технологии, доступные на рынке, не поддерживали работу в режиме RTK при включенной помехоустойчивости. Однако компания SafeGNSS недавно разработала новую технологию, объединяющую две помехоустойчивые антенны с приемником ГНСС. Это решение обеспечивает одновременное высокоточное позиционирование и определение ориентации (attitude tracking) для дронов, предоставляя при этом возможности помехоустойчивости. Данная технология в настоящее время является относительно уникальной на рынке. Если вам требуется помехоустойчивость в режиме RTK, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Наш модифицированный дрон DJI M300 успешно завершил испытания.
