[Ilya]

Мы тут небольшой, не побоюсь этого слова, научной, группой исследуем как из палок и прочих недорогих материалов сделать высокточные GNSS измерения. Уже не первый год. Прогресс есть, но но полного успеха еще далеко, вопросов, как обычно, возникает все больше и больше с каждым шагов в глубины науки и техники.

Короче, пора выходить из глубин секретных лаборатории для приобщения широкой общественности, ну и помощь зала обязательно понадобиться.


Для чего нужно высокоточное позиционирование?
1. и самое главное, для получения точных координат центров фотографирования. Если известны точные координаты снимков, то цифровая модель местности / ортофотоплан, "склеенный" из них получается гораздо точнее, не +-3 метра в плане, как при использовании GPS приемника за 15 баксов, а до +- 10 см (в теории). На самом деле проверившие это врут, но до +- полуметра в плане получить должно быть реально.

2. Чтобы проводить наземные измерения для геодезии унд картографии. Традиционная задача создания цифровой модели местности предполагает расстановку мишеней-меток, благодаря которым цифровая модель "натягивается" на заранее измеренные метки, и уточняется до показателей в 10-20 см в плане, и менее полуметра по высоте. И это, замечу, без всяких высоктоточных GPS на борту. Если работы можно сделать ища на стороне специализированные приборы за много млн. рэ, то почему бы не обойтись самосборными устройствами?

3. Ну и в принципе технология высокоточного позиционирования весьма интересно, и понять ее принципы лучше всего собрав систему из недорогих модулей, и стандартных 3dr модемов.


Приступим к изучению теории.
1. Каждый GPS модуль получает данные со спутников в "сыром" виде и, обработав, выдает через uart порт в формате NMEA / UBX, далее сие идет в полетный контроллер.

2. Если заставить GPS модуль выдавать сырые данные, то с помощью внешней программы обработки можно уточнить полученные данные.

3. Технология высокоточного позиционирования предполагает уточнение полученных сигналов путем вычислений данных с двух приемников, один - база, он неподвижен, второй может двигаться (ровер). Ровер может работать в кинематический режиме измерений, или проводить измерения в статическом режиме.

4. Уточнять данные можно с помощью постобработки записанных данных базы и ровера. Записали поток данных с двух GPS, в нашем случае это ublox 6/7/8 с выдачей сырых данных, обработали, в нашем случае это RTKLib, и в результате получили уточненный маршрут движения ровера.

Добавлю, что именно в таком режиме работают высокоточные бортовые GPS у "серьезных" дронов. Про минимум двух производителей знаю, что ставят GNSS модуль от Javad, кто-то ставит модули Trimble. Цена вопроса от 200 т.р. (для одночастного модуля), до 1млн+ за многочастотный.

5. Самое интересное, что можно получить за недорого - RTK режим уточнения координат. Это когда есть постоянная связь между базой и ровером через модем, сам модуль, или внешний компьютер, уточняет координаты и на выходе в стандартном  NMEA (может быть и UBX) протоколе выдает уже точные координаты.

Для этого GNSS модуль должен поддерживать режим RTK, должен быть UART модем с устойчивой связью ровер-база, и расстояние до ровера не должно быть сильно большим (в общем случае до 5 км, больше можно но так гарантировано). Про устойчивую и непрерывную связь со спутниками и не говорю.

Профессионально-геодезические GNSS приборы не рассматриваю, речь не про них. Недорогие
Возможно и простые ублоксы поддерживают сие, однако проверил Neo 6M, M8N, M8T, но так и не получил режим RTK через u-center.


Про теорию пока все, в следующем посте расскажу про практику. Ссылки для изучения, чтобы не забыть.

RTKLib – Сантиметровая точность GPS/ГЛОНАСС в пост-обработке
https://habrahabr.ru/post/244475/

Тема на rcgroups про NEO-M8P, который штатно поддерживает RKT
https://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=2604919&page=2
Внутри - полезные и интересные ссылки.

C94-M8P Application Board Setup Guide или как настроить RKT на M8P
https://www.u-blox.com/sites/default/files/C94-M8P-Appboard-Setup_Presentation_%28UBX-16009772%29.pdf

RTKLib, свободное ПО для высокоточного позиционирования и не только. Как почти у любого свободного ПО нормальной документации нет, лучше смотрите примеры использования выше
http://www.rtklib.com/

[Ilya]

Все мы знаем, что обычный GPS модуль, даже если "прибит" к Земле выдает координаты, которые "скачут" вокруг реальной точки.
Чем это вызвано?

 Сразу приходит на ум, что в данные вносится случайная ошибка для уменьшения точности.Еще есть мысль, что точность ограничивается производительностью внутреннего процессора модуля и третье - несовершенство измерения времени, то есть ограничение датчиков(железа).

Основная причина, при прочих равных - неизбежные помехи, задержки и неточности от прохождения сигнала через атмосферу (ионосферу в первую очередь).

Как бороться, описано выше, в первую очередь с помощью технологий уточнения данных спутникового позиционирования. Или постобработкой накопленных измерений, или в реальном времени (RTK режим).

Практику на предмет делай раз, делай два скоро напишу. Всем участникам - приготовить Ublox 6/7/8 модули!





Ссылки по поводу Ublox 6/7/8

Как прошивать Ublox 6/7/8
https://forum.openstreetmap.org/viewtopic.php?id=9451&p=41
ЗЫ прочитал - ничего не понял, какие-то контрольные суммы.
Кто внятно напишет, как прошить ublox6, чтобы чип мог выдавать сырые данные - тот молодец. А еще если правильную прошивку подскажет - то два раза.

Аппаратные возможности чипов
http://wiki.openstreetmap.org/wiki/UbloxRAW

[master.x]

Основная причина, при прочих равных - неизбежные помехи, задержки и неточности от прохождения сигнала через атмосферу (ионосферу в первую очередь).

И это в том числе, но! в GPS и Glonass есть гражданские данные и военные, не русские используют разные протоколы на одной частоте, или что то подобное что модуль обрабатывает именно гражданские данные. А наши разнесли частоты. И тот и другой способ позволяет внести заданное смещение координат для врага в то время как твои бойцы имеют точные координаты. и погрешность меньше. Случаем не так ли работает геодезическое оборудование? Но если ещё воспользоваться RTK будет совсем полный фарш. Я так думаю.
Что значит сырые данные я понял, а вот сырые гражданские или военные или уже ПО прёмника решает какие данные выдавать в NMEA это вопрос.

[Ilya]

На неделе выступил на конференции ГИС Центра ПГУ как раз с выстраданным за уже года два сабжем.

Народу понравилось (халяву все любят, хы), вопросы задавали на предмет, как технически это реализовать и как оно работает, совместимо ли с базовыми станциями, раскиданными по всему краю (ответ - да, конечно). Но применять походу не будут, это тема ближе к разработчикам всевозможной робото и просто техники, им нужны недорогие решения по точному позиционированию. А ГИС специалисты и прочие геодезисты от вузов не заморачиваются, говорят - мы тут комплект ЖПС от "лейки" купили, будем осваивать сначала сами, потом и студентов учить.

Одна печаль - в процессе подготовки к докладу, хотел сам лично сделать скриншоты точной работы позиционирования, и кривые руки сделали из единственного работавшего в сыром режиме Ublox Neo M8T обычный кирпич - а не надо было прошивку на него от Neo M8P заливать. Жалко, но наука требует жертв..

А для желающих разложить по-полочкам как оно работает (Рустам!), выкладываю презентацию выступления, там все наглядно и с картинками. Смотрите, изучайте, пробуйте, вдруг на ваших ублохах будет работать?
 
https://yadi.sk/i/0E562tDEyvReX

[master.x]

А для желающих разложить по-полочкам как оно работает (Рустам!), выкладываю презентацию выступления, там все наглядно и с картинками. Смотрите, изучайте, пробуйте, вдруг на ваших ублохах будет работать?

Принято. Работа на L1 почитал это гражданские данные. Так то конечно зверь идея. Дёшево получить решение за 700 т.р. если до этого руки дойдут то буду работать с ML8088s.

[Ilya]

Принято. Работа на L1 почитал это гражданские данные. Так то конечно зверь идея. Дёшево получить решение за 700 т.р. если до этого руки дойдут то буду работать с ML8088s.

И L1, и L2, L5 частоты гражданских сигналов. Все отличие - L2 L5 принимаются геодезическим и дорогим оборудованием.

У военных частоты или те же, или другие, я хз, однако с шифрованием.

[Ilya]

Почитал даташит на высокоточный  Ublox M8P. Оказывается, у него лишь один UART интерфейс. Второй - USB.

Получается, что для работы в RTK режиме UART придется задействовать для связи с базой. Передавать уточненные данные возможно только через USB.  Посему возник вопрос, как из USB сделать UART? Есть ли готовые железки, которые работают как активное USB устройство, находят подключенный к нему пассивный USB девайс (в виде ublox m8p), подключают UART интерфейс ? Драйвера еще понадобятся, полагаю.

Если нет, то как такую штуку можно сделать?

ЗЫ. Правильно прошитая RPi ?

[master.x]

Почитал даташит на высокоточный  Ublox M8P. Оказывается, у него лишь один UART интерфейс. Второй - USB.

Получается, что для работы в RTK режиме UART придется задействовать для связи с базой. Передавать уточненные данные возможно только через USB.  Посему возник вопрос, как из USB сделать UART? Есть ли готовые железки, которые работают как активное USB устройство, находят подключенный к нему пассивный USB девайс (в виде ublox m8p), подключают UART интерфейс ? Драйвера еще понадобятся, полагаю.

Если нет, то как такую штуку можно сделать?

ЗЫ. Правильно прошитая RPi ?

RPi имеет все необходимые порты и УСБ и УАРТ по инструкции из инета или при помощи братской помощи можно приконектить. А если просто на радио линк выдать данные, то переверни к модулю плату с микросхемой FT232 с другой стороны радиомодуль на UART. может написано коряво, может понадобится рисунок если не понял.
Добавлено 17 Декабря 2016, 18:37:35
из расбери вообще интересно можно сделать, MySQL а делее в инет, на сайт, в любую прогу, логи, да хоть на луну.

[Ilya]

Смотрете что в нынешней версии MP сделали!


Пора закупать M8P модули, однако.

[Вячеслав82]

Смотрете что в нынешней версии MP сделали!


Пора закупать M8P модули, однако.

[master.x]

Смотрете что в нынешней версии MP сделали!

Эт типа долгожданные сырые данные RTK?

[Ilya]

Эт типа долгожданные сырые данные RTK?

Данные с GNSS приемников могут быть сырыми, и затем их можно с помощью внешней программы (RTK Lib или проприетарных от Topcon/Javad ) преобразовать в уточненные. Одновременно "сырые" данные и уточненные методом RTK приемник выдавать не может (да и не нужно это). Короче, GNSS приемник выдает или "сырые" данные, или работает, совместно со вторым, в режиме RTK.

RTK - метод уточнения GNSS данных в реальном времени, из определения (Real Time Kinematic). В данном случае в MP его и сделали для удобства. Подключаешь к Com порту базу, а через модем на борту летающей штуки - ровер из пары M8P приемников. MP сразу умеет
а) назначить измеренные точным методом координаты базы
б) передать в формате RTCM данные от базы к GNSS ровера через модем

Соответственно, на летающем "ровере" на выходе будут уточненные дифференициальным методом данные. Нужно сказать, что они выдаются M8P во вполне обычном, NMEA формате и записываются в память того же APM/Pixhawk.

[argut]

а) назначить измеренные точным методом координаты базы

че за методы? просветите........... дальше то вроде понятно.

[Ilya]

че за методы? просветите........... дальше то вроде понятно.

Геодезическим GPS, или обычным теодолитным ходом и методом уравнивания относительно геодезических пунктов )

[Ilya]

Новейшая техника спутниковой навигации таки попала в шаловливые ручки:



M8P, как ни странно, сразу же заработали, с полпинка. Одна проблема - на улицу идти лень, из окна спутники ловяться плохо. Поэтому RKT приемник до состояния Fix не довел. Да и базу развернуть поленился, использовал действующую у товарища в 10 км, что много для ловли спутников из окна.




Коллеги, у кого есть пиксхавк на предмет погонять на земле, проверить как он работает с новыми, инновационными спутниковыми приемниками?

[argut]

Коллеги, у кого есть пиксхавк на предмет погонять на земле, проверить как он работает с новыми, инновационными спутниковыми приемниками?

APM тока есть.

[Ilya]

APM тока есть.

Спасибо, но этого добра навалом )

Два ублкса лежат рядом друг с другом на подоконнике.
Справа - уточняет координаты, хотя Fix ни разу не горел за уже часа 3.
Слева - в обычном, автономном 3D режиме.

Разница, как говориться, заметна.

[Ilya]

Продолжаю исследование дифференциальных GNSS.
Часть 1. Наземный тест RTK режима Ublox M8P приемников.



Краткий вывод - дифференциальный режим для приемников Ublox M8P работает, так как и описано в инструкции
https://www.u-blox.com/sites/default/files/C94-M8P-Appboard-Setup_QuickStart_%28UBX-16009722%29.pdf


- Удалось нарисовать с помощью ровер-приемника хозяйствинно бытовой инвентарь:






- Традиционный тест с рисованием (ведьминых, хы) кругов на полях успешно пройден. Если пытаться нарисовать тот же круг после отключения RTK режима, в обычном 3D режиме точности приемника, получается какая-то ерунда с "уплыванием" точки на пару метров, причем круг приемник обрисовывает на том же самом месте



- Точность определения высоты в RTK режиме поражает, измерен рост научного сотрудника, он точно соответствует 180 см!




Минусы тоже нашлись.

- Долгий поиск Fix решения, от 3 до 10 минут в чистом поле в идеальных условиях. Все таки работа приемника в одном диапазоне (GPS L1 C/A, GLONASS L1OF) ограничивают качество работы при неизбежных помехах и переотражниях. В воздухе у "ровера", понятно, проблем с приемом не должно быть.

- Родной софт U-center, как я понял, не позволяет выдавать координаты "ровера" в метрах, то есть получить на выходе координаты в местной системе координат не получиться, обязательно потребуется пересчет, если ортофото или ЦММ потребуется не в WGS84.

Пикхавк нашелся, следующий этап будет проверка работы приемников уже через него.


ЗЫ.Просидел майским вечерком часа 4, закончил после заката.

[Ilya]

Научные исследования на марше - собрал стенд из 3 ЖПСов, одного фотика, и одного пикхавка. Пара модемов прилагается.








Слева - трехчастотная GNSS плата K708 от китайского производителя ComNav (взят в тест у Ориент Систем, http://www.orsyst.ru/store/p21/K708_OEM.html),

Справа - одночастотный приемник U-Blox M8P (от производителя - http://www.csgshop.com/product.php?id_product=233)

По середине - фотоаппарат для съемки, команда на спуск подается полетным контроллером Pixhawk, он сверху. Рядом с ним "обычный", GPS модуль, для сравнения с первыми двумя.


Осталось "всего лишь" полетать в ручном (в прямом смысле!) режиме, сравнить точность определения точек съемки со всех трех ЖПСов, нанести на карту и подумать над результатами.

[skyline]

Илья, да за косарь купи GPS и не парься!
Уж что-то слишком не дешевые модули!

[Ilya]

Илья, да за косарь купи GPS и не парься!
Уж что-то слишком не дешевые модули!

Я таких уже штук цать купил - ни один как надо не работает!

[Ilya]

Продолжаю писать заметки на полях.

Вообще зачем высокоточное позиционирование нужно? На 90% это сборка цифровых моделей местности, зная точно координаты фотографий получаются точные модели и ортофото.


Однако, помимо не точных сигналов со спутника, влияние оказывают задержки фотографирования. Т.е. сигнал на съемку отправился с APM, а фотоаппарат заснял спустя Х тысячных секунд. Если задержка 0.2 с, то при скорости в 20 м/с получаем смещение в 4 метра. Если с проблемой не разобраться, то никакой высокоточный жпс не поможет.

Проблема: MP не обрабатывает задержки съемки, не умеет интерполировать значения координат собранные в соседних точках. Пока не разобрались, судя по поиску данных.
https://github.com/ArduPilot/MissionPlanner/issues/1224




Еще интересное по теме, можно и нужно завернуть данные о срабатывании затовра обратно в APM.
Precise Camera Feedback messages https://github.com/ArduPilot/ardupilot/pull/2309
И еще по теме: https://github.com/ArduPilot/ardupilot/issues/2289

Однако как это сделать, если у фотика нет внешней вспышки?

[Ilya]

Очередной отчет о проведенных НИОКР.

Задача 1
Проверить работу RTK режима на Ublox M8P.

Стенд: Pixhawk текущей коптерной прошивкой 3.4.6. К нему подключен M8P как GPS1.  
К ноутбуку с MP через USB подключен M8P, работающий в качестве базовой станции.

Настройки для базовой станции делал как в ручную, согласно мануалу , ранее упоминавшемуся.
А также с помощью раздела RTK/GPS Inject в MP.
 
Забегая вперед расскажу, что разницы нет, с помощью MP базовая станция в виде M8P настраивается нормально.

Проверяю дальше.
Несмотря на длительное ожидание, точность позиционирования гуляет в пределах пары метров. Это значит что dgnss режим приемника не работает, несмотря на заявления MP о корректном подключении базовой станции и инъекции данных протокола RTCM через телеметрию и до приемника M8P



Отбрасываю вариант, что причина в плохих условиях приема сигнала (либо базовой станцией, либо ровером - т.е. M8P приемником подключенным к Pixhawk.). Каким образом - подключаю через USB интерфейс ровер-приемник M8P,  и передаю RTCM данные от базовой станции (уточняющие сигнал GNSS).

Вуаля, позиционирование "встало" на точке, "гуляние" уменьшилось с 2 метров до пары см. FIX решение тоже получилось, скрин уже лень было делать.



Отключаю интерфейс USB от ровера, и закономерно через 60 секунд (время отключения dgnss режима при отсутвии rtcm пакетов на приемнике) позиционирование "коптера" начинает ездить по карте на те же пару метров.

Вывод: предусмотренный в MP режим "инъекции" данных rtcm от базы к приемнику на борту не работает.  Почему - надо искать, доходят ли пакеты RTCM до а) пиксхавка, и если да, то б) от пиксхавка до порта GPS от него.

Ну или обходной вариант: RTCM сигналы отправлять в обход пиксхавка отдельным модемом, до активного USB, который подключен напрямую к M8P на борту.



Еще про точность позиционирования без dgnss. Это я два раза с промежутком в 3 минуты обошел один и тот же маршрут с фотографированием через 3 метра. Явно заметен увод центров фотографирования на 1-2 метра.

[Ilya]

Согласно рекомендаций поставил бета прошивку на Pixhawk 3.5 чего-то там.

Далее поставил бета версию MP.


Результат обнадеживающий, GPS1 после настройка RTK Inject с базы с другого конца города переходит в режим GPS Status =5. Точность (это на подоконнике), возрастает до метра, явно float режим.



Подключаюсь через USB и  U-Center, и действительно, бортовой M8P в Float режиме, выдает уточненные координаты.



С помощью параметра EK2_ALT_M_USE выключил получение высоты по GPS, а не по бародатчику.

Остались полевые испытания на коптере и затем самолете, должен возвращаться прям сантиметр-сантиметр, как у разработчика MP

[Ilya]

Давно не писал, а прогресс летит как паровоз.

Итак, в текущем сезоне введен в эксплуатацию самолет с комплектом GNSS приемников Ublox ZED F9P, естественно латвийского производителя.
https://www.gnss.store/gnss-gps-modules/101-zed-f9p-rtk-receiver-board-with-multiband-antenna-l1-l2-lis3mdl.html  - ровер, который на борту
https://www.gnss.store/gnss-gps-modules/99-ublox-zed-f9p-rtk-gnss-receiver-board-with-sma-base-or-rover.html  - база, к ней в комплекте антенна https://www.aliexpress.com/item/32815576155.html

Приемники 4х системные, 2х частотные (как увидел по факту 2 частоты работают на GPS и Глонасс системах). Приемник "базы" легко, как предыдущее поколение M8P настраивается в Mission Planner и передает поправки через радиомодемы. При стабильной связи (а она теперь стабильная - девятиметровая мачта для антенны рулит), RTK режим у приемника на борту что называется, без единого разрыва.

Камера на X8 - Sony RX1, сильно модернизированная, с трепанацией-впайкой провода к кнопке спуска. Срабатывание затвора передается на Pixhawk, для более точного определения места (центра) фотографирования.

Про точность результатов - отдельная бесконечная история. Однако даже в первом приближении, с некалиброванной оптикой камеры Sony RX1, можно ортофото и цифровую модель без привязки к видимым опорным знакам уложить в метр без проблем, в полметра. Пара высокоточных проектов по съемке уже выполнена, все гораздо, гораздо точнее чем на приемнике у старого самолета без RTK и обратного канала на срабатывающий затвор от фотоаппарата до Pixhawk.

Обзорно так, если есть вопросы спрашивайте.