實驗成果與分析

4.1 實驗設備與規劃

本實驗使用兩部 PMGN1 (見 2.2 節) 搭載在 自組式四旋翼無人機，做為實驗的平台。無人機 飛控板為 holybro pixhawk 4 mini，內建 9 軸 IMU，

實驗平台如圖 12。

圖 12 實驗平台 20 cm

王士益、劉瑋傑、顏永哲、歐陽盟、林修國: 應用低成本雙頻GNSS RTK技術於無人機定位定向之研究 247

F9P 定位使用 4 個星系，GPS、BDS、GLO、

GAL，使用頻段為 L2OF、L2C、E1B/C、B2I、

E5b、L1C/A、L1OF、B1I，定位頻率為 5Hz，使 用 UBX-NAV-PVT 訊息提供飛控板定位資訊，

GNSS 2 另外提供 UBX-NAV-RELPOSEND 訊 息，以提供飛控板 GNSS 觀測航向角資訊。

實驗平台兩天線相距約為 20 cm，其中一個 天線為移動參考站 (Moving Base)，其也能提供 RTK 定位結果，另一天線為待測站 (Rover)，接 收來自移動參考站的資料，使其也能進行 RTK 定 位，也就是說無人機會有兩個 RTK 定位的坐標。

靜態實驗目的是要來驗證在靜置情況下 RTK 的 定位精確度，動態實驗目的是透過固定飛行路線 來分析飛行過程 RTK 的定位情況，以上實驗之 參考站位置皆相同，使用的接收器等級與 UAV 上為 PMG 同系列產品皆為低成本接收器，其天 線固定於國立臺灣海洋大學延平大樓 11 樓。

4.2 靜態實驗

靜態實驗透過靜置無人機於國立臺灣海洋 大學延平大樓 11 樓戶外空曠場域進行 RTK 定 位，透過飛控板紀錄的 log 檔分析定位狀態及其 他相關資訊，Alt 為正高，σx為求得的航向角。實 驗中兩個 GNSS 天線之 RTK fix rate 皆可達 99%，

GNSS1 為天線一的成果，GNSS2 為天線二的成

果，兩天線定位成果接近，平面重覆性精度約為 0.6 cm，高程重覆性精度約為 1.4 cm，而 POS 欄 位為加入慣性導航經 EKF 運算後的成果，精度 稍為劣化應是慣性導航感測器等級較低影響了 定位成果。

圖 13 參考站天線位置

圖 14 靜態實驗載具擺放

表 2 靜態實驗量測結果分析

日期 時間 時長(s)

2020/05/25 09:51:56 - 10:25:06 1990 總筆數 Y N No Signal RTK Fix rate GNSS 1

9953 9953 0 0 100%

GNSS 2 9896 0 57 99.4%

平均(m) 標準差(cm)

GNSS 1

E 328395.9721 0.65 N 2799548.5481 0.58

Alt 44.3975 1.31

GNSS 2

E 328396.1658 0.63 N 2799548.5326 0.50

Alt 44.3875 1.46

POS

E 328396.2604 1.45 N 2799548.5224 0.66

Alt 44.4352 1.72

天線差值 0.2059 0.51

σx(deg) 8.97

248 航測及遙測學刊 第二十五卷 第四期 民國 109 年 12 月

圖 15 靜態實驗量測誤差及定位狀態

4.3 動態實驗

動態實驗透過固定路線的飛行計畫進行測 試，測試場域為國立臺灣海洋大學育樂館前 X 廣 場，實驗目的為分析載具在飛行時運動及姿態的 狀態，圖 16 為飛行計畫的路線及其起飛位置，

飛行計畫為從起點起飛 3 m 飛往圖 17 中矩形右 上角，一逆時針方向飛置矩形其他三角，最後飛 置起點上空降落。

圖 16 動態實驗周遭環境

圖 17 動態實驗飛行路線

圖 18 動態實驗起飛位置

在 2020/6/16~2020/6/19 進行共 12 次動態實 驗，因篇幅需求以下放入第一次動態實驗。

表 3 動態實驗天線差值 (fix) 比較與降落位置 比較

動態實驗 天線差值(fix)

平均(cm)

天線差值(fix)

標準差(cm) σx(deg) 降落位置誤差 (cm)

一 20.73 0.62 10.68 5.23

二 20.77 0.79 13.69 10.23

三 20.70 0.79 13.80 12.89

四 20.72 0.74 12.83 7.87

五 20.64 0.65 11.30 10.79

六 20.78 0.97 16.83 6.67

七 20.63 0.58 10.05 8.87

八 20.63 0.58 10.48 14.65

九 20.59 0.78 13.62 8.64

十 20.48 0.89 15.59 8.35

十一 20.56 0.70 12.18 5.67

十二 20.47 0.84 14.82 9.51

平均 12.98 9.11

標準差 2.13 2.77

80 cm

王士益、劉瑋傑、顏永哲、歐陽盟、林修國: 應用低成本雙頻GNSS RTK技術於無人機定位定向之研究 249

圖 19 動態實驗降落位置比較

4.3.1 動態實驗一

表 4 動態實驗一：結果分析

圖 20 動態實驗一：立體飛行軌跡

日期 時間 時長(s)

2020/06/16 16:35:44 - 16:37:30 106.4 總筆數 Y N No Signal RTK Fix rate GNSS 1

532 526 6 0 98.8%

GNSS 2 503 28 1 94.5%

平均(cm) 標準差(cm)

天線差值(fix) 20.73 0.62

天線差值(no fix) 34.91 5.89

σx(deg) 10.68

總平均：9.113 cm 標準差：2.770 cm

5.233 cm 10.233 cm 12.885 cm 7.80 cm

10.786 cm 6.668 cm 8.867 cm 14.650 cm

8.638 cm 8.350 cm 5.665 cm 9.509 cm

250 航測及遙測學刊 第二十五卷 第四期 民國 109 年 12 月

圖 21 動態實驗一：天線差值、航向角及定位狀態

動態實驗中，GNSS1 之 RTK fix rate 可達 96%，GNSS2 之 RTK fix rate 可達 76%，根據計 算出的天線差值，動態實驗的天線差值與靜態實 驗的天線差值之相差皆落在 0.5 cm 左右，歷次動 態實驗誤差標準差皆低於 1 cm。飛行過程中皆有 衛星丟失之情況，以至於無法鎖定在 fix 的狀態，

其中多次是發生在無人機起飛的時候。各動態實 驗降落位置與起飛位置相比，每次降落都能降落 在直徑 80 cm 的人孔蓋內。在兩組 GNSS RTK fix 的情況下可提供無人機載具的航向角，圖 21 中 顯示由 EKF 參數估算時估算得之航向角理論精 度約莫在 2.7 度，無法 fix 時則無法提供無人機 載具的航向角，但無人機系統能透過磁力計及慣 導系統持續輸出載具的航向角度。