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應(yīng)用見解

機(jī)器控制 GPS 接收器的 6 個(gè)必備條件


正在尋找用于土方移動(dòng)、采礦或建筑的 GPS 接收器？
有幾點(diǎn)需要牢記。
GPS 接收器和機(jī)器控制
GPS 接收器可以通過提供精確的位置信息（僅指示模式）來幫助操作員做出更好的決策，或者 GPS 接收器作為引導(dǎo)系統(tǒng)的一部分，可以接管機(jī)器工具本身的操作（全自動(dòng)模式）以遵循預(yù)加載的設(shè)計(jì)。

在全自動(dòng)模式下，GPS制導(dǎo)系統(tǒng)的RTK厘米級(jí)精度遠(yuǎn)比僅依靠操作者的技巧更加準(zhǔn)確和一致。溝渠可以挖到精確的深度，拖拉機(jī)可以完美地駕駛，打樁機(jī)知道植樁的精確位置，并且可以一次性對(duì)表面進(jìn)行精細(xì)分級(jí)。無需進(jìn)行頻繁的測(cè)量和調(diào)查意味著工作可以更快、更便宜地完成并達(dá)到更高的規(guī)格。

與全站儀相比，GPS RTK 系統(tǒng)可以快速啟動(dòng)和運(yùn)行，并且不需要任何系統(tǒng)元件位于視線范圍內(nèi)。單個(gè)參考基站可以為現(xiàn)場(chǎng)所有流動(dòng)站連續(xù)提供 RTK 差分校正。項(xiàng)目狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)每臺(tái)機(jī)器的位置都可以實(shí)時(shí)更新，使現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)理能夠全面了解進(jìn)度。

要點(diǎn)
機(jī)器控制應(yīng)用是 GPS 接收器最具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用之一。物理和無線電環(huán)境可能已經(jīng)足夠困難，但是操作員總是會(huì)嘗試將其設(shè)備推向極限。那么，什么樣的 GPS 接收器才能被視為機(jī)器控制的合適候選者呢？

1. 困難條件下的定位精度

在 RTK 模式下，使用距離不太遠(yuǎn)的基站，高端 GPS 接收器可以以小于 1 厘米（0.4 英寸）的精度計(jì)算位置。困難的條件會(huì)降低位置精度，甚至?xí)?dǎo)致錯(cuò)誤的定位。建筑工地也面臨著一系列挑戰(zhàn)，附近的大型結(jié)構(gòu)和其他機(jī)器可能會(huì)導(dǎo)致多路徑，樹葉對(duì) GPS 信號(hào)質(zhì)量的影響尤其嚴(yán)重，而且如圖 4 所示，您無法始終保證清晰的天空視野。任何稱職的 GPS 接收器都應(yīng)該能夠應(yīng)對(duì)建筑工地的典型條件。錯(cuò)誤定位的后果可能是昂貴且耗時(shí)的。就打樁機(jī)而言，

圖 1：AsteRx4 GPS 接收器正在幫助植樹
 
2、低延遲、高數(shù)據(jù)輸出率
延遲是接收器計(jì)算并輸出位置所花費(fèi)的時(shí)間。較低的延遲和較高的位置更新率意味著機(jī)器的響應(yīng)速度更快，并且可以以更高的速度運(yùn)行而不會(huì)損失性能。當(dāng)今性能最高的 GPS 接收器可以以高達(dá) 50 Hz 的頻率輸出數(shù)據(jù)，延遲小于 20 毫秒。

圖 2：當(dāng)接收器延遲較高時(shí)，控制系統(tǒng)響應(yīng)較差，在這種情況下，會(huì)在表面產(chǎn)生波浪
 

3. 減少干擾
只需一輛帶有線性調(diào)頻干擾器的運(yùn)載工具抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，即可摧毀整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的 RTK 并導(dǎo)致運(yùn)營陷入停頓。此類設(shè)備的日益普及，以及來自其他非故意來源的干擾，使得干擾緩解成為機(jī)器控制接收器的重要工具。當(dāng)今性能最高的 GPS 接收器不僅能夠抵御簡(jiǎn)單的連續(xù)窄帶和脈沖干擾，還能夠抵御更復(fù)雜的寬帶發(fā)射機(jī)，例如線性調(diào)頻干擾器和其他 PPD（個(gè)人隱私設(shè)備）。圖 3 給出了正在運(yùn)行的線性調(diào)頻干擾機(jī)的干擾緩解示例。

圖 3：在AIM+激活之前（藍(lán)色）和之后（紅色），AsteRx-U 頻譜分析儀在存在線性調(diào)頻脈沖干擾的情況下
 
4. 標(biāo)題
挖掘機(jī)等機(jī)器有一個(gè)可以獨(dú)立于底盤旋轉(zhuǎn)的平臺(tái)。要了解鏟斗的位置，還必須了解平臺(tái)的方向（或航向）。如圖 4 中的挖掘機(jī)安裝所示，使用兩個(gè)天線，GPS 接收器可以計(jì)算平臺(tái)的航向以及俯仰或橫滾，具體取決于天線的放置方式。 

圖 4：雙天線 Septentrio 航向接收器在挪威的困難地點(diǎn)工作

 
5. 堅(jiān)固耐用，可抵抗劇烈振動(dòng)和碰撞 
崎嶇的地形會(huì)對(duì) GPS 信號(hào)跟蹤造成嚴(yán)重破壞。如果沒有自適應(yīng)帶寬跟蹤環(huán)路機(jī)制，接收器可能會(huì)在劇烈振動(dòng)期間失去跟蹤。

6. 抗電離層擾動(dòng)
目前，我們正從 2014 年最后一次太陽活動(dòng)高峰期結(jié)束，但 GPS 信號(hào)的電離層干擾在赤道周圍和高緯度地區(qū)仍然可能存在問題。為了確保 GPS 系統(tǒng)的輸出不會(huì)突然變得不可預(yù)測(cè)或完全失去 RTK 定位，某種電離層閃爍緩解功能（如圖 5 所示）當(dāng)然是可取的。

圖 5：激活（藍(lán)色）和未激活（綠色）電離層閃爍緩解 ( IONO+ )時(shí)計(jì)算的天線高度
 

不僅僅是移動(dòng)地球
GPS 接收器已在各種應(yīng)用中找到了自己的位置：從地震監(jiān)測(cè)到授時(shí)以及船載挖泥船和無人機(jī)，只要需要高精度定位或授時(shí)。



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