前置背景

在戶外機(jī)器人領(lǐng)域，像割草機(jī)器人這類需在復(fù)雜環(huán)境精準(zhǔn)作業(yè)的設(shè)備，衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)是其自主運(yùn)行的核心支撐。然而，戶外場(chǎng)景挑戰(zhàn)重重：

一方面，真實(shí)環(huán)境里衛(wèi)星信號(hào)易被樹(shù)木、建筑物等遮擋產(chǎn)生多徑效應(yīng)，嚴(yán)重影響定位精度；

另一方面，傳統(tǒng)實(shí)地測(cè)試受場(chǎng)地、天氣等因素限制，成本高、周期長(zhǎng)，且難以全面覆蓋各類極端或復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景，無(wú)法高效驗(yàn)證機(jī)器人定位系統(tǒng)的精度與穩(wěn)定性。

同時(shí)，對(duì)于戶外機(jī)器人而言，僅依靠GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）難以滿足高精度作業(yè)需求，雙天線定向技術(shù)能為機(jī)器人提供航向等姿態(tài)信息，RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位）技術(shù)可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位精度，這些技術(shù)與GNSS結(jié)合，是戶外機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)的關(guān)鍵。

為在產(chǎn)品研發(fā)早期充分且高效地測(cè)試戶外機(jī)器人的衛(wèi)星定位導(dǎo)航性能，以及雙天線定向、RTK 厘米級(jí)定位的性能，室內(nèi)仿真測(cè)試成為關(guān)鍵手段。德思特憑借先進(jìn)的GNSS模擬技術(shù)，推出針對(duì)戶外機(jī)器人的高精定位仿真測(cè)試方案，為戶外機(jī)器人定位系統(tǒng)研發(fā)提供可靠測(cè)試保障。

方案內(nèi)容

1核心設(shè)備與技術(shù)

采用德思特GNSS模擬器，該模擬器可生成實(shí)時(shí)/預(yù)設(shè)/錄制的位置信息、6DOF（六自由度）姿態(tài)信息以及多徑模型。

此外，它可以通過(guò)多實(shí)例功能實(shí)現(xiàn)流動(dòng)站主天線+從天線仿真以及RTK虛擬信號(hào)（等同于CORS站信號(hào)的仿真，通過(guò)WIFI、5G等方式傳輸）實(shí)現(xiàn)RTK定位+雙天線定向：

方案連接圖

2測(cè)試對(duì)象

以配備雙天線+RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位）技術(shù)的戶外機(jī)器人（如割草機(jī)器人）為待測(cè)件，待測(cè)件包含待測(cè)試的定位算法。

3測(cè)試價(jià)值

可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)任意地點(diǎn)與位置的測(cè)試，突破實(shí)地測(cè)試的地域限制。

生成的衛(wèi)星信號(hào)與真實(shí)信號(hào)具有高一致性，能模擬真實(shí)環(huán)境下的定位場(chǎng)景。

具備雙天線同步仿真能力，可精準(zhǔn)模擬機(jī)器人雙天線定位的情況。

支持RTK基準(zhǔn)站與RTCM（無(wú)線電技術(shù)委員會(huì)海事服務(wù)）消息模擬，為RTK定位測(cè)試提供完整環(huán)境。

接口開(kāi)放且集成度高，易于部署，能快速搭建測(cè)試平臺(tái)。

可選支持硬件在環(huán)仿真功能

4解決的問(wèn)題

可在室內(nèi)構(gòu)建完整測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)戶外機(jī)器人定位系統(tǒng)的早期驗(yàn)證，提升研發(fā)效率。

支持對(duì)戶外機(jī)器人姿態(tài)的精細(xì)仿真，全面測(cè)試機(jī)器人在不同姿態(tài)下的定位表現(xiàn)。

能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級(jí)的高精定位測(cè)試，滿足戶外機(jī)器人對(duì)定位精度的高要求。

可模擬樹(shù)木、樓層等遮擋引起的多徑問(wèn)題，測(cè)試機(jī)器人定位系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的抗干擾能力。

機(jī)器人定位導(dǎo)航模組

RTK高精定位+雙天線測(cè)試實(shí)操

本次我們測(cè)試使用的是行業(yè)內(nèi)較為通用的和芯星通UM982模組來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。在該測(cè)試demo中，我們使用德思特GNSS模擬器GTS-P72的雙端口能力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于主從天線的仿真，并采用虛擬基站來(lái)進(jìn)行RTK信息的仿真。

1.方案構(gòu)成

本次測(cè)試我們需要用到的硬件有：

GTS P74 GNSS模擬器以及配套的顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)

和芯星通GNSS接收機(jī)，型號(hào)：UM982,作為待測(cè)定位設(shè)備

PC一臺(tái)

安裝和芯星通上位機(jī)軟件Uprecise（V2.0.1037）

注意：如果使用其他版本，可能部分設(shè)置有所變化

網(wǎng)線、射頻電纜等其他連接用配件

2.硬件連接圖

按照如下示意圖連接：

射頻線纜前端需要添加衰減器30dB，確保最終輸出功率為-110dBm

GNSS模擬器需要與DUT上位機(jī)位于可通信網(wǎng)絡(luò)，可提前“ping”驗(yàn)證通路情況

3.GNSS模擬器Skydel軟件場(chǎng)景配置

在本案例中，我們需要打開(kāi)三個(gè)GNSS示例，分別用于“主天線”、“副天線”、“虛擬基站”模擬——

每一路模擬信號(hào)均如下：

GPS L1CA + L5

BEIDOU B1I + B2I

GALILEO E1 + E5

模擬的軌跡是無(wú)人機(jī)在美洲某郊區(qū)實(shí)行農(nóng)業(yè)任務(wù)的往復(fù)“S型”軌跡

主天線實(shí)例

①打開(kāi)Skydel預(yù)設(shè)好的實(shí)例“主天線”，將會(huì)加載以上信息并設(shè)置好工作實(shí)例【往復(fù)“S型”軌跡】

星座頻點(diǎn)與上述要求一致

往復(fù)“S型”軌跡

此時(shí)output啟用的是DTA-2116 SDR，硬件序號(hào)為0,1

如何詳細(xì)設(shè)置GNSS參數(shù)

德思特干貨 | Skydel 天線模型配置詳解：從信號(hào)增益到物理姿態(tài)的完整設(shè)置指南

②將該案例設(shè)置為時(shí)間同步中的“主實(shí)例”。

③設(shè)置主天線位置相對(duì)于車輛幾何中心的偏移量（也可設(shè)置為0）。

從天線實(shí)例

①打開(kāi)Skydel預(yù)設(shè)好的實(shí)例“從天線”/或復(fù)制“主天線實(shí)例”，將會(huì)加載以上信息并設(shè)置好工作實(shí)例

星座頻點(diǎn)與上述要求一致

往復(fù)“S型”軌跡

此時(shí)output啟用的是DTA-2116 SDR，硬件序號(hào)為2,3

②將該案例設(shè)置為時(shí)間同步中的“從實(shí)例”，同步上述所有設(shè)置。

③設(shè)置副天線位置相對(duì)于車輛幾何中心的偏移量。

注意：

主天線位置與副天線位置差距應(yīng)設(shè)置為大于等于50cm，在本案例中：

主天線相對(duì)車輛幾何中心偏移量為（0，0，0）

主天線相對(duì)車輛幾何中心偏移量為（0，3，0）,且擁有角度偏差（30°，30°，30°）

即二者位置差為3m，且存在角度差

④此時(shí)無(wú)需額外配置就可使得主天線、副天線綁定保持相對(duì)靜止，除二者位置有絕對(duì)偏差外，其他所有信息（衛(wèi)星狀況、時(shí)間、天線增益）等全部一致，符合真實(shí)世界的應(yīng)用場(chǎng)景。

RTK虛擬基站實(shí)例

①打開(kāi)Skydel預(yù)設(shè)好的實(shí)例“RTK基站”，將會(huì)加載以上信息并設(shè)置好工作實(shí)例：

星座頻點(diǎn)與上述要求一致

啟用的是“NoneRT”虛擬SDR，不占用真實(shí)SDR配置

基站坐標(biāo)為一確定靜態(tài)點(diǎn)，位于往復(fù)“S型”軌跡附近的某個(gè)高海拔（50m）位置處，作為靜態(tài)基站。

②將該案例設(shè)置為時(shí)間同步中的“從實(shí)例”，保證時(shí)間一致。

③設(shè)置RTK基站傳輸類型為“Ntrip”，設(shè)置傳輸端口為“2101”，允許本地計(jì)算機(jī)訪問(wèn)，傳輸RTCM消息類型設(shè)置為：

1006 (Base station position)

1033(Receiver & antenna)

1077 (MSM7 GPS)

1127 (MSM7 BeiDou)

④在終端框中輸入“ifconfig”查詢到本機(jī)IP地址作為后續(xù)的RTCM傳輸IP地址。

此時(shí)，我們就完成了所有配置，可以點(diǎn)擊從實(shí)例中的“Start”開(kāi)始仿真，此時(shí)三個(gè)實(shí)例會(huì)全部啟動(dòng)仿真。

4.UM982上位機(jī)設(shè)置

①在準(zhǔn)備好的PC上連接UM982接收機(jī)，打開(kāi)Uprecise，在上方receiver選擇對(duì)應(yīng)串口號(hào)，設(shè)置波特率模式為：“Autobauding”，等待連接成功。

②配置RTK設(shè)置：點(diǎn)擊左側(cè)工具箱標(biāo)識(shí)，選擇“RTCM數(shù)據(jù)流”。

點(diǎn)擊“Input”，配置RTK流動(dòng)站設(shè)置如下：

IP號(hào)：192.168.150.27（匹配GNSS模擬器IP地址）

端口號(hào)：2101

設(shè)置掛載點(diǎn)：

SKYDEL

User ID、password:空白

配置完成后，點(diǎn)擊"確認(rèn)"。

點(diǎn)擊“Output”，選中接收機(jī)對(duì)應(yīng)的COM口，配置完成后，點(diǎn)擊"確認(rèn)"。

返回RTCM數(shù)據(jù)流界面，勾選“Hex”，點(diǎn)擊“連接”，開(kāi)始正常傳輸RTCM數(shù)據(jù)。

5.結(jié)果

等待一段時(shí)間后，應(yīng)觀測(cè)到地圖中的定位狀態(tài)變更為：RTK Fixed，則完成本地的基準(zhǔn)站-流動(dòng)站雙站同步仿真，并能夠觀測(cè)到由于主從天線帶來(lái)的定向效果。

觀測(cè)定位情況

打開(kāi)GNSS信號(hào)觀測(cè)窗口、Chart圖，點(diǎn)擊冷啟動(dòng)，等待信號(hào)穩(wěn)定后，出現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)柱狀圖與定位信息，并進(jìn)入RTK工作模式。

觀測(cè)定向情況

點(diǎn)擊“姿態(tài)”窗口，可觀察到實(shí)時(shí)航向角（方位角），基本與仿真過(guò)程中的方位角一致。

至此，我們?cè)谝慌_(tái)設(shè)備內(nèi)完成了對(duì)于主天線+從天線+一個(gè)獨(dú)立的RTK基站的全部仿真。

德思特GNSS模擬器GTS P7

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德思特自研GNSS模擬器GTS P7是基于Skydel的定位、導(dǎo)航和定時(shí)測(cè)試解決方案。它以易于使用、一站式、小尺寸的方式提供最高標(biāo)準(zhǔn)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)信號(hào)測(cè)試。GTS P7具有高端的性能，1000Hz的模擬迭代率，支持高達(dá)700個(gè)通道（搜星數(shù)量），并可模擬高動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)同步信號(hào)和全視野衛(wèi)星信號(hào)。支持多星座和多頻率的GNSS模擬，可以通過(guò)編程來(lái)模擬所有當(dāng)前和未來(lái)的GNSS信號(hào)。

卓越的HIL仿真能力，打通多家場(chǎng)景仿真軟件

提供匹配各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化測(cè)試

創(chuàng)新的“MULTI”多實(shí)例架構(gòu)