0引言

我们通常所说的植保无人机主要是由飞行平台、导航飞控、喷洒机构三部分组成，通过地面遥控或导航飞控，来实现喷洒作业，完成多种农业工作任务。

飞行平台顾名思义就是整个飞行器的载体；喷洒机构是任务执行机构；导航飞控可以理解为植保无人机的大脑，它决定了植保无人机的操控性和精准性。就操控性而言，目前的植保无人机已经能够实现航线规划自主飞行。这种植保理念与地理和测绘等学科进行融合，它需要飞手持地面站绕着田地四周行走一圈来测绘地图数据，然后在卫星地图上规划田地航线，植保无人机按照上述航线自主飞行作业，它使植保无人机的操控更加简单化、智能化，同时也提高了作业效率。然而，全自主的飞行模式，飞行过程中没有人工参与纠偏，也对飞行的精准性提出了更高的要求。常规GPS定位精度不够带来的问题已经显现，为了寻求一种更为精准的定位方式，相关人员将RTK技术和植保无人机实现了结合。

1 GPS和RTK技术的定位原理

1.1 GPS的定位原理及误差的产生

GPS是英文Global Positioning System(全球定位系统)的简称，利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。

GPS定位的基本原理是测量出已知位置的卫星到地面GPS接收器之间的距离，然后接收器通过与至少4颗卫星通讯，计算与这些卫星间的距离，就能确定其在地球上的具体位置。常规GPS的定位精度能够达到1 m左右，通讯的卫星数量越多，精度会有所提高。但由于信号问题误差达到2 m以上精度的概率可能会达到50%。我们的手机导航就是常规GPS定位的典型应用，定位精度范围在使用时也都能够有所体会。这种定位精度，用于植保无人机的导航定位，如果没有人工参与纠偏，就会带来不可估量的问题。常规GPS的定位误差产生原因如下。

(1)大气层影响。大气层中的电离层和对流层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，从而让GPS信号产生延迟。

(2)卫星星历误差。由于卫星运行中受到复杂的外力作用，而地面控制站和接收终端无法测定和掌握其规律，从而无法消除产生的误差。

(3)卫星钟差。卫星钟差是指GPS卫星时钟与GPS标准时间的差别。卫星上使用铯原子钟，所以两者的时间也可能不同步。

(4)多路径效应。GPS信号在传输的过程中也可能是在不同的障碍物上反射后才被接收到，这就是所谓的“多路径效应”。

1.2 RTK技术的定位原理

RTK是英文Real - time kinematic(载波相位差分技术)的简称，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标，所以RTK技术通常也称作RTK差分技术。简单的说，RTK技术就是把常规GPS的误差想方设法分离出去的一种技术，这种定位方式需要建立固定基站，固定基站根据自身位置数据和接收卫星定位数据计算出误差值发送给接收端修正定位偏差。它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。

通常RTK系统包括：两台 GPS信号接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备等，其中一台GPS信号接收设备作为基准站，另一台是用户端GPS，首先确定一个已知点的坐标，在已知坐标的固定点上架设一台GPS接收机(称基准站)，通过GPS的定位数据和已知坐标点的数据解算出差分数据，再通过无线电通讯设备将误差修正参数实时播发出去，用户端通过数据链接收修正参数并传给GPS，GPS接收修正参数后和自己的定位数据进行修正解算，即可将定位精度提高到厘米级，其工作及结构原理如图所示。

图 RTK技术工作及结构原理示意图

2 RTK技术在植保无人机应用的现状

2.1 RTK技术在植保无人机应用的必要性

RTK技术的出现已经有很长一段时间了，它具有定位精度高、作业自动化和集成化程度高、作业效率高等优点，而且RTK技术在公路控制测量、电力线路测量、水利工程控制测量、大地测量、地形测图、施工放样、变形监测等领域已经得到了广泛的应用。近几年来，随着植保无人机行业的发展，精准农业对行业要求的提高，RTK技术也已应用到植保无人机领域。相对于其它行业，RTK技术与植保无人机的结合还处于起步阶段，目前RTK技术应用在植保无人机领域的基准站通常采用可移动式的基准站，其有效工作半径与GPS接收机功率有关，一般能够达到5 km左右。流动站一般包括手持端和机载端，手持端主要是用来采集地块数据、制定飞行作业方案、规划飞行路线，然后通过地面站上传至飞控系统；机载端根据上传数据进行定位达到精准飞行的目的。