Сравнение RTK-антенн: недорогие и высококачественные геодезические антенны.

Может ли недорогая GNSS-антенна работать так же эффективно, как геодезическая?

Исследовательская работа в Решения GPS говорит: часто да — если тщательно выбирать.

Представьте, что вы находитесь в полевых условиях с недорогим многодиапазонным приемником (таким, каким многие из нас пользуются каждый день). Вы делаете все «правильно»… но результаты все равно отличаются больше, чем ожидалось. Одна из главных причин удивительно проста: антенна имеет гораздо большее значение, чем думает большинство людей.

В статье сравнивались характеристики одного недорогого приемника, подключенного к нескольким популярным недорогим антеннам, а также к геодезическим эталонным точкам, чтобы увидеть, как на самом деле меняется качество сигнала и конечное позиционирование. И да — ArduSimple В ходе испытаний использовались антенны.

В ходе первой кампании измерений тестовая платформа с 14 недорогими GNSS-приемниками, подключенными к 12 недорогим и двум геодезическим GNSS-антеннам.Источник: Marut, G., Hadas, T. & Nosek, J. Intercomparison of multi-GNSS signals characteristics acquired by a low-cost receiver connected to various low-cost antennas. GPS Solution 28, 82 (2024). Licensed under CC BY 4.0

Что именно тестировали исследователи?

Они построили на крыше тестовую площадку с множеством антенн, расположенных рядом друг с другом и осуществляющих одновременную запись данных под одним и тем же небом. Это важно, поскольку обеспечивает справедливое сравнение: одни и те же спутники, одна и та же среда — меняется только антенна. Затем они изучили:

Сила сигнала: Измеряется как отношение сигнал/шум в дБ-Гц (подумайте: «насколько уверенно приемник слышит спутник»).
Многолучевость: Это и есть «проблема эха»: сигналы отражаются от поверхностей, прежде чем достигнут антенны. Многолучевое распространение — одна из самых больших скрытых причин некорректной работы GNSS в реальной жизни.
Шум измерений: GNSS выдает два основных типа измерений:
- Псевдооранж (шум на уровне метра, используется для базового определения местоположения)
- Несущая фаза (Очень точный — миллиметрового уровня — но требует хорошего отслеживания и разрешения неоднозначностей)
Антенна Смещение центра фазыАнтенна измеряет не от своего физического центра, а от электрического фазового центра. Это положение меняется в зависимости от частоты и конфигурации антенной системы.

Производительность ArduSimple Антенны

В ходе исследования было установлено, что среди протестированных недорогих антенн были следующие: ArduSimple Budget Survey В числе лучших показателей оказались многодиапазонная GNSS-антенна (AS2S) и калиброванная трехдиапазонная GNSS-антенна для геодезических работ (AS3C).

1. Точность позиционирования ArduSimple антенны после надлежащей калибровки достигают ±2 мм горизонтальная точность на уровне миллиметров и ±3 мм Вертикальная стабильность в несколько миллиметров, сравнимая с показателями испытанных геодезических антенн в условиях открытого неба.

Горизонтальные (слева) и вертикальные (справа) разности суточных положений, полученные из решений DD с нулевыми значениями PCO (сверху) и с определенными значениями PCO (снизу).Источник: Marut, G., Hadas, T. & Nosek, J. Intercomparison of multi-GNSS signals characteristics acquired by a low-cost receiver connected to various low-cost antennas. GPS Solution 28, 82 (2024). Licensed under CC BY 4.0

2. PPP с разрешением неоднозначностей значительно повышает воспроизводимость для AS2S и AS3C, обеспечивая точность определения местоположения около 99%, что сопоставимо с высокотехнологичными геодезическими системами.

Повторяемость компонентов координат Север, Восток и Верх в решениях плавающей ППП (сверху) и ППП-АР (снизу) с нулевыми (слева) и определенными (справа) ПКО Источник: Marut, G., Hadas, T. & Nosek, J. Intercomparison of multi-GNSS signals characteristics acquired by a low-cost receiver connected to various low-cost antennas. GPS Solution 28, 82 (2024). Licensed under CC BY 4.0

3. Время сходимости для достижения точности 5 см является одним из самых быстрых для AS2S и AS3C в группе недорогих антенн и близко к эталонной антенне Leica.

4. ArduSimple Антенны поддерживают высокие коэффициенты захвата сигнала на основных частотах (L1/E1/E5b), демонстрируя стабильно высокие показатели среди протестированных недорогих антенн.

5. Хотя многолучевое распространение сильнее влияет на все недорогие антенны, чем на антенны геодезического класса, AS2S и AS3C остаются в группе с лучшими характеристиками и явно превосходят протестированные спиральные конструкции.

Коэффициенты захвата сигнала между недорогими приемниками и станцией WROC для первой (слева) и второй (справа) частот.Источник: Marut, G., Hadas, T. & Nosek, J. Intercomparison of multi-GNSS signals characteristics acquired by a low-cost receiver connected to various low-cost antennas. GPS Solution 28, 82 (2024). Licensed under CC BY 4.0

В совокупности эти данные подтверждают вывод о том, что — в контролируемых условиях открытого неба и при правильной калибровке — ArduSimple Антенны обеспечивают геодезическую точность позиционирования при низких затратах.

Читать статью полностью: Марут, Г., Хадас, Т. и Носек, Дж. Сравнение характеристик сигналов нескольких GNSS, полученных недорогим приемником, подключенным к различным недорогим антеннам. GPS Solution 28, 82 (2024). https://doi.org/10.1007/s10291-024-01628-4