拆解一款RTK接收機(jī)硬件

世界上主要的航天國(guó)家都有建設(shè)自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。不光美國(guó)有GPS，俄羅斯有格洛納斯，歐洲也在建立他們的伽利略系統(tǒng)，日本和印度也分別有這樣的規(guī)劃和行動(dòng)。關(guān)鍵產(chǎn)品、關(guān)鍵技術(shù)，如果不掌握在自己手里，特別像北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)這樣一個(gè)非常重要的國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施，將像沙漠里頭的高樓大廈，沒有基礎(chǔ)是不牢靠的。五十五顆北斗衛(wèi)星環(huán)繞瓊宇，是名副其實(shí)的“巨星天團(tuán)”.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)高精度的太空時(shí)間和空間的太空燈塔，那么高精度就體現(xiàn)在它自身的參數(shù)上，一定是穩(wěn)定的、準(zhǔn)確的。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，北斗實(shí)際上采用的空間星座，跟美國(guó)GPS和其他幾個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不一樣。美國(guó)的GPS只有兩萬(wàn)多公里的中圓軌道的MEO衛(wèi)星，我們中國(guó)的北斗同時(shí)還有在三萬(wàn)六千公里高度，GEO衛(wèi)星和IGSO衛(wèi)星，相對(duì)于地球的固定關(guān)系和相對(duì)的區(qū)域關(guān)系，它在形成區(qū)域的服務(wù)能力上有巨大的優(yōu)勢(shì)。一般的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)它只提供導(dǎo)航定位和授時(shí)的服務(wù)，中國(guó)的北斗衛(wèi)星有了更多的功能，如短報(bào)文、通信位置報(bào)告、星基增強(qiáng)等等。

在央視開講了，北斗三號(hào)系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師林寶軍展示了一幅分布圖，圖上有31顆北斗系統(tǒng)可見星，比另外三大導(dǎo)航系統(tǒng)GPS、格洛納斯和伽利略的衛(wèi)星相加都多?！翱梢姷男窃蕉?，定位速度就越快，精度也會(huì)更高。根據(jù)《2022 中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，2021 年我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)總體產(chǎn)值達(dá)到 4690 億元，較 2020 年增長(zhǎng) 16.29％。其中，包括與衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用直接相關(guān)的芯片、器件、算法、軟件、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、終端設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施等在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)核心產(chǎn)值同比增長(zhǎng)約 12.28％，達(dá)到 1454 億元人民幣，在總體產(chǎn)值中占比為 31％，增速高于上一年。2022年中國(guó)北斗接收機(jī)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了約200億元人民幣，同比增長(zhǎng)約30%。其中，高精度產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模約為60億元人民幣，同比增長(zhǎng)約50%；低精度產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模約為140億元人民幣，同比增長(zhǎng)約27%。

RTK（Real-time kinematic Receiver）接收機(jī)，即實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收機(jī)，是一種高精度定位技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備。它主要應(yīng)用于需要高精度定位的場(chǎng)景，如地形測(cè)量、建筑施工、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、無(wú)人機(jī)導(dǎo)航、自動(dòng)駕駛車輛等領(lǐng)域。

工作原理

RTK技術(shù)基于兩個(gè)接收機(jī)：一個(gè)作為基準(zhǔn)站（Base Station），另一個(gè)作為流動(dòng)站（Rover）?；鶞?zhǔn)站接收機(jī)固定在已知精確位置上，連續(xù)收集衛(wèi)星信號(hào)，并通過(guò)無(wú)線通信方式（如無(wú)線電、GPRS、4G/5G或網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)）向流動(dòng)站發(fā)送載波相位觀測(cè)量和修正信息。流動(dòng)站接收機(jī)同時(shí)接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)及基準(zhǔn)站的差分?jǐn)?shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)處理這些數(shù)據(jù)，能夠消除或顯著減少由大氣延遲、多路徑效應(yīng)等因素引起的定位誤差，從而實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位精度。它通過(guò)利用在基準(zhǔn)站和接收站間的差分處理，消除大氣延遲、衛(wèi)星軌道誤差等因素對(duì)定位精度的影響。然而，僅僅進(jìn)行差分處理是不夠的，數(shù)據(jù)處理技術(shù)在RTK實(shí)時(shí)差分定位中扮演著重要的角色。

在導(dǎo)航系統(tǒng)領(lǐng)域，RTK實(shí)時(shí)差分定位的應(yīng)用前景廣闊。通過(guò)結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）、無(wú)人駕駛和航天等領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的定位和導(dǎo)航服務(wù)。RTK實(shí)時(shí)差分定位的精度提升和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷創(chuàng)新將進(jìn)一步推動(dòng)定位技術(shù)的發(fā)展。RTK實(shí)時(shí)差分定位的精度提升離不開數(shù)據(jù)處理技術(shù)的支持。多路徑效應(yīng)、大氣延遲等因素對(duì)定位精度的影響需要通過(guò)合適的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行校正。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，RTK實(shí)時(shí)差分定位將在更多領(lǐng)域發(fā)揮作用，為人們的生活帶來(lái)更多便利。
在RTK實(shí)時(shí)差分定位中，數(shù)據(jù)處理的主要目標(biāo)是提高定位的精度和可靠性。一種常見的方法是利用多頻觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)降低多路徑效應(yīng)的影響，并通過(guò)信噪比優(yōu)化算法來(lái)提高定位精度。此外，精確的天線設(shè)計(jì)和時(shí)鐘校準(zhǔn)也可以在數(shù)據(jù)處理中起到關(guān)鍵作用，進(jìn)一步提升定位的精度。

主要特點(diǎn)

1.高精度：RTK技術(shù)可提供實(shí)時(shí)厘米級(jí)至亞分米級(jí)的定位精度，遠(yuǎn)高于普通GNSS接收機(jī)。

2.實(shí)時(shí)性：數(shù)據(jù)處理和校正實(shí)時(shí)進(jìn)行，適合需要即時(shí)高精度位置信息的應(yīng)用。

3.動(dòng)態(tài)定位：適用于移動(dòng)中的物體定位，如車輛、無(wú)人機(jī)等。

4.兼容性：現(xiàn)代RTK接收機(jī)通常兼容多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，如GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou等，以提高可用性和精度。

5.網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)：隨著技術(shù)進(jìn)步，越來(lái)越多的RTK接收機(jī)支持使用網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)（如CORS網(wǎng)絡(luò)），無(wú)需自建基準(zhǔn)站即可在全球范圍內(nèi)獲得高精度定位。

下面拆解一款大幾千RTK接收機(jī)硬件:

正面

反面

主要硬件：

1.UB482

UB482是一款由和芯星通（Unicore）基于Nebulas-II高性能高精度GNSS系統(tǒng)級(jí)芯片開發(fā)的多系統(tǒng)、多頻段、高精度定位定向板卡。這款板卡設(shè)計(jì)用于需要高精度定位與定向應(yīng)用的場(chǎng)景，如無(wú)人機(jī)、自動(dòng)駕駛車輛、測(cè)量?jī)x器、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。其特點(diǎn)包括：

·多系統(tǒng)支持：能夠同時(shí)接收GPS、北斗、GLONASS等多個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)更廣泛的衛(wèi)星覆蓋和增強(qiáng)的定位可靠性。

·多頻點(diǎn)接收：通過(guò)接收不同頻率的衛(wèi)星信號(hào)，可以有效消除電離層延遲等誤差，進(jìn)一步提升定位精度。

·高精度定位與定向：提供厘米級(jí)的定位精度及高精度的航向角輸出，適用于需要高精度導(dǎo)航和定向控制的應(yīng)用。

·RTK差分定位能力：支持實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分（RTK）技術(shù)，通過(guò)與基準(zhǔn)站配合使用，可實(shí)現(xiàn)更高的定位精度。

·緊湊型設(shè)計(jì)：其緊湊的尺寸適合集成到各種設(shè)備中，便于攜帶和安裝。

·廣泛的應(yīng)用范圍：適用于各種專業(yè)領(lǐng)域，包括但不限于測(cè)繪、地質(zhì)勘探、無(wú)人機(jī)導(dǎo)航、智能交通系統(tǒng)等。

根據(jù)最近的在線信息，UB482的價(jià)格大約在1100.00元人民幣左右，這是大頭。

2.物料網(wǎng)模組：

Air720模塊是一款帶分集接收功能的4G多模無(wú)線通信模塊，Air720H支持GSM/WCDMA/FDD/TDD，幾乎能夠滿足所有的M2M的需求，如：包括汽車及個(gè)人追蹤服務(wù)、無(wú)線POS機(jī)、智能計(jì)量、工業(yè)級(jí)PDA以及其它物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。

3）4G模組供電

通過(guò)絲印查詢得知：LMR23630 SIMPLE SWITCHER 是TI 一款易于使用的 36V、3A 同步降壓穩(wěn)壓器，具有 4V 至 36V 的寬輸入 電壓范圍，適用于從非穩(wěn)壓源進(jìn)行電源調(diào)節(jié)的各種工業(yè) 應(yīng)用。該器件采用峰值電流模式控制來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單控制環(huán) 路補(bǔ)償和逐周期電流限制。它具有 75μA 的靜態(tài)電 流，因此適用于電池供電型系統(tǒng)。憑借 2μA 的超低關(guān) 斷電流，可進(jìn)一步延長(zhǎng)電池使用壽命。內(nèi)部環(huán)路補(bǔ)償意 味著用戶不用承擔(dān)設(shè)計(jì)環(huán)路補(bǔ)償組件的枯燥工作。這樣 還能夠最大限度地減少外部元件數(shù)。該器件可選用恒定 頻率 FPWM 模式，在輕載條件下實(shí)現(xiàn)小輸出電壓紋 波。該器件的擴(kuò)展系列產(chǎn)品 (HSOIC) 能夠以引腳對(duì)引 腳兼容的封裝（可用于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且優(yōu)化的 PCB 布局） 提供負(fù)載電流為 1A (LMR23610) 和 2.5A (LMR23625) 的選件。利用精密使能端輸入可以簡(jiǎn)化穩(wěn)壓器控制和系 統(tǒng)電源時(shí)序。保護(hù)特性包括逐周期電流限制、間斷模式 短路保護(hù)和過(guò)多功率耗散而引起的熱關(guān)斷。

4.藍(lán)牙通訊，可以通過(guò)手機(jī)進(jìn)行RTK參數(shù)配置與讀取。這個(gè)接收機(jī)用的型號(hào)：Realtek RTL8761ATV-CG 是一款高度集成的單芯片藍(lán)牙 2.1/3.0/4.0 控制器，帶有 UART 接口。它在單個(gè)芯片中結(jié)合了 BT 協(xié)議棧（LM、LL 和 LE）、BT 基帶、調(diào)制解調(diào)器和 BT RF。

RTL8761ATV-CG藍(lán)牙控制器兼容藍(lán)牙核心規(guī)范v4.0，支持雙模式（BR/EDR + AMP + Low Energy Controllers）。它與以前的版本兼容，包括 v2.1 + EDR 和 v3.0 + HS。對(duì)于 BR/EDR，它支持 scatternet 拓?fù)?，并允許從模式和主模式下的活動(dòng)鏈路。對(duì)于低能耗，它支持多種狀態(tài)并允許主模式下的活動(dòng)鏈接。BR/EDR 和 LE 中的鏈路可以同時(shí)處于活動(dòng)狀態(tài)。

5. RTK接收機(jī)用的單片機(jī),提供通訊接口邏輯轉(zhuǎn)換。

STM32F405RGT6TR是ST意法半導(dǎo)體的一款基于高性能 Arm Cortex -M4 32 位 RISC 內(nèi)核，工作頻率高達(dá) 168 MHz的微控制器。Cortex-M4 內(nèi)核具有浮點(diǎn)單元 (FPU) 單精度，支持所有 Arm 單精度數(shù)據(jù)處理指令和數(shù)據(jù)類型。它還實(shí)現(xiàn)了全套 DSP 指令和內(nèi)存保護(hù)單元 (MPU)，從而增強(qiáng)了應(yīng)用程序的安全性。參數(shù)。核心：Arm 32位Cortex - M4 CPU，帶FPU，自適應(yīng)實(shí)時(shí)加速器（ART Accelerator）允許從閃存執(zhí)行0等待狀態(tài)，頻率高達(dá)168 MHz，內(nèi)存保護(hù)單元，210 DMIPS/1.25 DMIPS/ MHz (Dhrystone 2.1) 和 DSP 指令。

RTK（Real-Time Kinematic）接收機(jī)之所以價(jià)格較高，大概主要是因?yàn)橐韵聨讉€(gè)原因：

技術(shù)復(fù)雜性：RTK接收機(jī)采用了高精度的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的定位精度。這要求接收機(jī)內(nèi)部集成有先進(jìn)的處理芯片和算法，能夠?qū)崟r(shí)處理來(lái)自多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，進(jìn)行精密的載波相位觀測(cè)量解算，以及實(shí)施復(fù)雜的誤差修正技術(shù)，如電離層延遲、對(duì)流層延遲校正等。

硬件成本：為了達(dá)到高精度和穩(wěn)定性，RTK接收機(jī)通常采用高質(zhì)量的天線和射頻前端組件，這些組件能夠有效過(guò)濾噪聲，提高信號(hào)接收質(zhì)量。此外，內(nèi)置的高性能處理器和存儲(chǔ)器也增加了成本。

軟件研發(fā)：除了硬件，RTK接收機(jī)還需要復(fù)雜且不斷優(yōu)化的軟件算法支持，包括實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分計(jì)算、衛(wèi)星信號(hào)跟蹤與處理、以及與基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)通信協(xié)議等，這些軟件的研發(fā)和維護(hù)需要大量的人力和資金投入。

服務(wù)支持：購(gòu)買RTK接收機(jī)往往包含了后續(xù)的服務(wù)支持，比如CORS（Continuously Operating Reference Station）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，提供差分?jǐn)?shù)據(jù)以增強(qiáng)定位精度，這些服務(wù)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本也會(huì)反映在設(shè)備價(jià)格中。

專業(yè)市場(chǎng)：RTK接收機(jī)主要應(yīng)用于測(cè)繪、建筑施工、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、無(wú)人機(jī)導(dǎo)航等專業(yè)領(lǐng)域，這些行業(yè)對(duì)定位精度有著極高的要求，愿意為此支付相對(duì)較高的費(fèi)用。

研發(fā)投入與專利費(fèi)用：在GPS、GLONASS、Galileo、北斗等多系統(tǒng)兼容、抗干擾、快速初始化等方面，制造商需要持續(xù)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)并可能需要支付相關(guān)的專利費(fèi)用。

RTK接收機(jī)的高昂價(jià)格是其技術(shù)含量、制造成本、配套服務(wù)以及所面向市場(chǎng)的專業(yè)需求共同決定的。希望社區(qū)專家小伙伴一起努力，把北斗系統(tǒng)和應(yīng)用做的更好，大家一起努力吧?。?！