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应用见解

机器控制 GPS 接收器的 6 个必备条件


正在寻找用于土方移动、采矿或建筑的 GPS 接收器?
有几点需要牢记。
GPS 接收器和机器控制
GPS 接收器可以通过提供精确的位置信息(仅指示模式)来帮助操作员做出更好的决策,或者 GPS 接收器作为引导系统的一部分,可以接管机器工具本身的操作(全自动模式)以遵循预加载的设计。

在全自动模式下,GPS制导系统的RTK厘米级精度远比仅依靠操作者的技巧更加准确和一致。沟渠可以挖到精确的深度,拖拉机可以完美地驾驶,打桩机知道植桩的精确位置,并且可以一次性对表面进行精细分级。无需进行频繁的测量和调查意味着工作可以更快、更便宜地完成并达到更高的规格。

与全站仪相比,GPS RTK 系统可以快速启动和运行,并且不需要任何系统元件位于视线范围内。单个参考基站可以为现场所有流动站连续提供 RTK 差分校正。项目状态和现场每台机器的位置都可以实时更新,使现场经理能够全面了解进度。

要点
机器控制应用是 GPS 接收器最具挑战性的应用之一。物理和无线电环境可能已经足够困难,但是操作员总是会尝试将其设备推向极限。那么,什么样的 GPS 接收器才能被视为机器控制的合适候选者呢?

1. 困难条件下的定位精度

在 RTK 模式下,使用距离不太远的基站,高端 GPS 接收器可以以小于 1 厘米(0.4 英寸)的精度计算位置。困难的条件会降低位置精度,甚至会导致错误的定位。建筑工地也面临着一系列挑战,附近的大型结构和其他机器可能会导致多路径,树叶对 GPS 信号质量的影响尤其严重,而且如图 4 所示,您无法始终保证清晰的天空视野。任何称职的 GPS 接收器都应该能够应对建筑工地的典型条件。错误定位的后果可能是昂贵且耗时的。就打桩机而言,

图 1:AsteRx4 GPS 接收器正在帮助植树
 
2、低延迟、高数据输出率
延迟是接收器计算并输出位置所花费的时间。较低的延迟和较高的位置更新率意味着机器的响应速度更快,并且可以以更高的速度运行而不会损失性能。当今性能最高的 GPS 接收器可以以高达 50 Hz 的频率输出数据,延迟小于 20 毫秒。

图 2:当接收器延迟较高时,控制系统响应较差,在这种情况下,会在表面产生波浪
 

3. 减少干扰
只需一辆带有线性调频干扰器的运载工具抵达现场,即可摧毁整个现场的 RTK 并导致运营陷入停顿。此类设备的日益普及,以及来自其他非故意来源的干扰,使得干扰缓解成为机器控制接收器的重要工具。当今性能最高的 GPS 接收器不仅能够抵御简单的连续窄带和脉冲干扰,还能够抵御更复杂的宽带发射机,例如线性调频干扰器和其他 PPD(个人隐私设备)。图 3 给出了正在运行的线性调频干扰机的干扰缓解示例。

图 3:在AIM+激活之前(蓝色)和之后(红色),AsteRx-U 频谱分析仪在存在线性调频脉冲干扰的情况下
 
4. 标题
挖掘机等机器有一个可以独立于底盘旋转的平台。要了解铲斗的位置,还必须了解平台的方向(或航向)。如图 4 中的挖掘机安装所示,使用两个天线,GPS 接收器可以计算平台的航向以及俯仰或横滚,具体取决于天线的放置方式。 

图 4:双天线 Septentrio 航向接收器在挪威的困难地点工作

 
5. 坚固耐用,可抵抗剧烈振动和碰撞 
崎岖的地形会对 GPS 信号跟踪造成严重破坏。如果没有自适应带宽跟踪环路机制,接收器可能会在剧烈振动期间失去跟踪。

6. 抗电离层扰动
目前,我们正从 2014 年最后一次太阳活动高峰期结束,但 GPS 信号的电离层干扰在赤道周围和高纬度地区仍然可能存在问题。为了确保 GPS 系统的输出不会突然变得不可预测或完全失去 RTK 定位,某种电离层闪烁缓解功能(如图 5 所示)当然是可取的。

图 5:激活(蓝色)和未激活(绿色)电离层闪烁缓解 ( IONO+ )时计算的天线高度
 

不仅仅是移动地球
GPS 接收器已在各种应用中找到了自己的位置:从地震监测到授时以及船载挖泥船和无人机,只要需要高精度定位或授时。



https://www.septentrio.com/en/learn-more/insights/6-musts-machine-control-gps-receiver

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