无人机管家GPS差分解算模块升级说明

无人机管家GPS差分解算模块升级说明

一、软件升级说明

高精度POS辅助空三平差，可实现稀少像控成图或一定条件下的免像控成图。飞马无人机管家的差分解算模块支持RTK、PPK、RTK/PPK融合等多种差分解算模式，其算法强大，差分解算固定率高，可靠性强，且其软硬件一体化的设计模式可实现相机曝光时刻的精确位置获取。自推出后，便受到了广大用户的认可，随着用户应用场景的增多，软件进行了全面的升级，升级更新后的功能特点如下：

· 引导式操作设置，一键式差分解算输出；

· 支持飞马全系列飞机的差分解算；

· 免费支持大疆精灵4RTK 差分解算；

· 支持飞马虚拟基站下载，可进行WGS84和CGCS2000坐标系统选择；

· 支持RTK、PPK、RTK/PPK融合等多种差分解算模式；

· 支持GPS  北斗和GPS+北斗双模系统混合解算；

· 支持格式转换、GPS差分解算批处理，添加多个任务后可实现自动批量处理；

· 根据相机与GPS天线的安置关系及飞行姿态进行偏心改正，可得到每个相机的高精度POS。

二、作业流程说明

GPS差分解算主要包括三个步骤：格式转换和GPS差分解算及差分质量检查。

格式转换是将不同飞机不同格式的GPS数据统一转换为GPS标准交换格式：RINEX格式。

GPS差分解算：设置流动站、基站及GPS解算相关参数信息，进行GPS差分解算，获得每个相机的高精度POS数据。

差分质量查看：检查差分质量，判断能否应用于后续数据处理。

1、格式转换

格式转换是将流动站、基站的数据统一转换为RINEX格式，用于GPS差分解算。

1）针对*.rt27，*.GNS，*.compb，*.fmcompb格式，转换采用智理图GPS解算模块中的GPS格式转换工具，针对atom格式转换则采用ATOM格式转换工具（针对F300飞机，此处不具体介绍），而对于第三方基站管家不支持的格式则采用第三方软件转换为RINEX格式。

2）单文件转换：

GPS文件：选择待转换的基站或流动站的原始GPS观测文件，

RINEX文件：软件默认转换路径为原始GPS观测文件同级目录下，可修改。

点击确定，即完成数据转换。

3）多个文件转换：

设置完单文件转换，点击“添加”，即加入到任务表中，可添加多个文件转换，软件将依次按照添加顺序进行转换。还可进行任务的删除，清空及原始数据的查看。

2、GPS差分解算

GPS差分解算是基于流动站和基站数据，并根据差分作业模式进行差分解算，获取每个相机的高精度POS数据。

2.1流动站设置

· 选择【GPS处理】功能中【GPS解算】工具；

· 选定【流动站】文件路径，流动站观测文件为飞机GPS原始数据转换得到的*.O文件。（其中O文件后缀还带有时间序列，如2020年数据，则为“*.20O”文件）

2.2基准站设置

当采用差分或融合差分GPS解算模式时，需要进行基站的输入，软件支持实体基站和虚拟基站的输入。

1) 实体基站设置

勾选【基准站】，首先选择基站观测文件。其坐标读取方式有三种：

A、RINEX头文件

适用于基站记录的坐标和实际基站架设的坐标一致。

默认勾选RINEX头文件，即可直接读取观测数据*.O头文件记录的WGS84/2000经纬度、椭球高坐标。

导航文件一般默认读取流动站的星历导航文件，若流动站的导航文件不存在，软件也支持基准站的导航文件使用。

B、自动计算

该模式为根据观测值自动计算的相近坐标，非准确位置，仅适用于对精度要求不高的应用场景，一般不建议使用。

C、用户输入

当基站头文件记录的非实际架设坐标时，则应用用户输入模式，输入已知点经纬度、高程坐标，一般应为WGS84/CGCS2000经纬度坐标和椭球高坐标。若客户最终成果需要其他坐标系水准高数据，则后续通过坐标系转换实现，不建议此处输入其他坐标系、高程系统的数据。

勾选“用户输入”，输入基站架设已知点经纬度坐标（支持小数十进制度及度分秒格式），观测数据指定基准*.O文件，导航文件默认为流动站；

2)虚拟基站模式

若飞机开通了PPK差分解算服务，则可进行飞马虚拟基站下载。

首先指定流动站观测文件，勾选基准站，并设置选择“RINEX头文件”，点击下载，根据飞行端口（目标坐标系）进行选择（8002对应WGS84,8003对应CGCS2000），下载对应的基准站文件，下载目录会自动生成4个文件夹，其中upload为机载上传数据，download为虚拟基站数据包，log为基站下载日志，base为基站解压后数据，且base文件夹中的*.O文件中已经记录天线相位中心坐标；选择【RINEX头文件】会自动读取天线相位中心坐标。

2.3 GPS解算参数设置

1）偏心改正

由于GPS天线相位中心与相机位置存在安置差异，因此需要经过偏心改正，将获取到的GPS天线相位中心POS改正到相机曝光时刻的相机焦点位置对应的高精度POS数据，由于不同机型安装偏量不同，用户需要根据实际的机型及载荷选择对应的偏心改正方式。飞马不同机型对应的载荷情况如表。

2）解算方式

GPS解算不同模式说明：

· 单点解算：适用于无基站，仅需提取粗略飞行POS的作业场景，其只需输入流动站文件，无须设置基站文件，即可解算获取单点定位的机载POS文件。

· 差分解算：指的是PPK后差分解算，适用于飞机和基站独立观测，无数据链路传输，且基站为同时段观测数据，即可通过PPK后差分解算高精度POS数据。

· 融合：指的是RTK/PPK的融合差分作业模式，适用于飞机和基站通过RTK作业模式连接，经融合差分解算即可获取高精度POS数据，其融合模式是优先使用后差分固定解结果，而对于PPK非固定解部分则采用RTK固定解数据进行融合，通过互补的作业模式保障高精度POS数据的质量。融合差分解算时需要输入RTK轨迹文件。

· 在线RTK：指的是获取相机飞行作业时的实时RTK数据，适用于飞机飞行时连接了RTK作业模式，且全程RTK作业正常，用户想要快速获取高精度GPS数据的场景，尤其适用于小范围，无信号遮挡作业区域。

3）GPS天线

由于差分解算需要的基准站坐标为GPS相位中心坐标。当前面输入的基站坐标为地面点坐标，而非GPS相位中心坐标时，则需要输入GPS天线高度，软件将自动算到GPS相位中心。

GPS天线的输入有两种模式：

· 斜高模式：

只适用于飞马基站，指的是由基站点量测到飞马基站配的测量片位置，选择对应的飞马基站类型（Ubase或RTK100基站），并填入量测斜高值。

· 垂高模式：

1）适用于飞马基站在飞行作业时采用垂高计算器计算到垂高，则可直接填写。

2）适用于第三方基站，由于不同厂家基站结构不同，第三方基站建议直接通过其手簿导出垂高信息输入。重要说明：

1、对于按照飞马基站标准作业流程方式，其基站RINEX已记录为GPS相位中心坐标，其垂高设置为0即可（默认设置）。

如飞行作业前基站采集已知点，未量测斜高，其垂高设置为0时即为采集到GPS相位中心，飞行时基于该点进行飞行，则在差分解算时直接读入RINEX坐标，垂高为O即可。

如飞行作业前采集已知点，输入了斜高，并通过垂高计算器计算到垂高，则该已知点为地面点，飞行时基于该点并同时输入了垂高（软件同样记录到GPS相位中心坐标），则在差分解算时直接读入RINEX坐标，垂高为O即可。

2、若基站为虚拟基站，基站坐标已经为天线相位中心坐标，此处选择【GPS天线/垂高】，并且设置垂高为0m。

4）GNSS系统

差分解算时使用的卫星系统。一般默认为勾选使用GPS、Beidou，软件将分系统解算并进行融合。若解算完固定率较低，可尝试同时勾选GPS/Beidou混合进行解算，一般会提高差分解算质量。

5）高级设置（可选）

主要针对GPS数据默认参数解算不好的情况时进行的人工干预处理，可提高差分固定率。

A 历元间隔

基线处理时，软件从原始观测数据中抽取数据的间隔，其中【默认】是使用飞马推荐的GPS数据采样频率进行处理，【原始】是指使用GPS数据的原始采样频率处理。一般情况下选【默认】即可，针对固定率偏低的数据，选择【原始】模式，计算效率会变慢，数据解算固定率一般会有所提高。

B 信噪比

体现了数据的信号质量，可通过右侧【查看】按钮查看GPS数据的信噪比质量，首先在弹出的小工具的第一个列表框里选择【SNR/MP/EL】，第二个列表框中选择【L1 orL2】，若SNR一栏中为空，软件信噪比文本框需要填0（默认信噪比是30dBHz）。

C 排除卫星

点击【查看】可以弹出查看流动站信号的小工具，解算前在排除卫星文本框填入卫星编号，以空格间隔，可以将特定卫星剔除，使其不参与计算，评判一颗卫星是否可以参与计算，一方面看卫星信号的连续性，另一方面查看卫星信号的信噪比，若可视卫星信号断断续续（如下图所示的C04、C05），或信号信噪比低于30，可将该卫星剔除，不参与计算。

6）RTK输入及成果输出设置：

RTK轨迹：针对融合差分及在线RTK作业模式，需要进行RTK轨迹文件输入。不同机型的格式一般为fmnav、gsof或者pvt格式。

保存路径：指定GPS差分解算输出成果路径。

2.4 GPS差分解算及批处理

1）单文件处理

GPS参数设置完成，点击解算，软件将进行当前数据的差分解算。

2）多文件批处理

飞马无人机管家2.8.5.4版本增加了批量解算功能，用户在添加完第一组流动站数据、基站数据，并完成相应设置后，点击【添加任务】将当前任务添加至【任务管理】，点击【上一步】，返回上一级继续添加第二组数据，将所有需解算的任务添加至【任务管理】后，点击【解算】，进行批量解算。

注：

1.任务管理菜单支持删除或者清空已添加的任务，并查看重要参数信息，但是暂不支持修改解算设置；

2.当任务管理器中存在任务时，差分解算只读取任务管理器中的任务进行解算，不读取当前界面中的数据。因此若只有单组数据需要解算则无需添加任务，直接解算即可。

3、质量检查

差分解算完成后，须进行差分质量的检查，其差分质量通过解算的照片固定解的百分比来表现。

解算结果包括每个相机的高精度POS文件及处理后中间文件。

1）单/多相机中心POS文件：

一般为带有CAM命名的POS文件：如_(nadir)_cam(1-5)_pos.txt：其为GPS解算通过偏心改正计算到每个相机曝光时刻的高精度POS数据，也是后续坐标转换、空三数据处理等所需使用的POS文件。

打开_(nadir)_cam(1-5)_pos.txt文件，通过文件第一行的Q1值来判定此次解算结果是否可用，Q1值是差分pos质量好坏的体现，具体来说是每个曝光点在打点时候是否固定，若固定，则会在差分pos文件中第八列，以数字“1”进行表示，Q1值=曝光点固定的个数/总曝光点数*100%，通常情况下，差分质量在百分之98以上，属于合格

2）tmp文件夹：

GPS解算的中间文件，则包含了差分解算设置、GPS相位中心等系列文件，用于差分解算异常时便于问题查找。

tmp文件夹中包括了解算过程中的过程文件：

_all.txt：PPK后差分的轨迹文件；

_pos.txt：GPS相位中心的融合或后差分POS文件；

_rtk_pos.txt：融合差分作业模式下GPS相位中心对应的RTK POS文件；

_config.txt：配置文件

_all.pos文件：单镜头机载POS(倾斜数据为.fpos)

三、常见问题说明

1、差分解算路径下无相机POS输出，但tmp下有_pos.txt文件（GPS相位中心差分POS）。

检查原始数据是否完整，机载POS文件（单相机一般为.pos，多相机一般为.fpos文件）应与流动站RINEX数据在同一路径下。为保持GPS解算正常，尽可能保持从飞机下载的机载GPS数据完整，不做任何删减。

2、差分解算固定率低

差分解算检查后须进行差分质量的检查才可使用，一般差分固定率为100时代表每个相机曝光点均为固定解，其定位精度优于5cm。GPS解算一般按照默认参数进行，若差分固定率低于100，可尝试修改GNSS系统：如增加勾选GPS+北斗的混合解算。如质量仍不高，则勾选高级参数选型，修改历元间隔，信噪比等参数，而对于存在信号干扰的数据，则可剔除干扰卫星进行差分解算。

由于GPS差分质量受卫星环境，作业环境等影响，并不能保证每个架次解算差分质量均在100，在调整各种参数仍不能保证100的情况下，可适当放宽，如90以上，再结合控制点，空三采用控制点和GPS的联合平差来保证数据精度。

3、差分解算路径下除tmp下有config文件，无任何结果。

检查基站和流动站是否同时间观测，必须存在交集，一般基站观测时间应涵盖流动站观测时间。

4、虚拟基站下载不成功时如何处理

虚拟基站下载不成功存在多种情况，常见异常及处理方式如下：

1）未登陆飞马账号，则联网并登陆飞马云账号。

2）网络环境导致，可尝试多次提交任务下载。

3）飞机未开通PPK服务，则联系售后进行飞机PPK服务的开通

4）电脑防火墙杀毒软件导致，可关闭此类软件，并重新进行格式转换，并再次下载。

格式转换异常，一般转换的O文件为原始POS文件的2-3倍数据量关系，若过小，则尝试重新转换，或联系飞马内业处理人员。

5、虚拟基站下载到多个基站文件

当飞行区域处于多个基站覆盖交接处，会下载到多个虚拟基站。则按照顺序分别基于虚拟基站进行差分解算。此时只能使用后差分作业，不能再进行融合差分作业。解算完成后将差分结果进行合并。每个结果取一部分，各个结果之间存在一定重叠。如图中可以第一个POS文件取到序号360POS，第二个POS文件则从序号361开始取，然后合并一起。

如操作异常，可联系飞马内业处理人员。