Implementation of a multi-band RTK receiver system with Arduino

Abstract

This thesis investigates the behaviour of a global navigation satellite system receiver system based on real time kinematics, without any additional differential global positioning system technologies such as the satellite-based augmentationsystem. The system consists of two receivers, one which was used as reference station and the second as a rover. The scientic diculty lied in combining new hardware components and software algorithms in an innovative way to de-sign a system with an accuracy in the centimetre range, with a baseline in the kilometre range and with a price tagof less than 1,000 €. The behaviour of the system was veried through static and dynamic measurements in various environments with six different antennas. The measurements also provide improvements in the knowledge set on theimportant relationship between global navigation satellite system antenna selection and the global navigation satellite system module applied. The dynamic measurements were conducted on cultivated elds and under conditions in thecm accuracy range. The static measurements were conducted in an urban area, which yields diculties in achieving cm-range accuracy. The results nevertheless show that the system is able to conduct position estimations under 2 cmup to a baseline of 2 kilometres. The accuracy involved is up to 180 times better, and the range up to 10 times higherthan in comparable work. The conclusion is that it could be used as a basis for other technologies like auto-steering of tractors or other agricultural vehicles. The receivers need a line of sight connection between them to transmit the Radio Technical Commission for Maritime Services correction signals. In addition, the satellite constellation must havea position dilution of precision below 1.5, and no multipath errors should be present.

Diese Arbeit untersucht das Verhalten von einem globalen Satellitennavigationsemfängersystem basierend auf Echtzeitkinematik, ohne zusätzlicher differenzieller globaler Positionssystemtechnologien wie dem Satelliten basierten Verbesserungssystem. Das System besteht aus zwei Empfängern, einer wurde als Referenzstation und der zweite als mobile Station verwendet. Die wissenschaftliche Herausforderung war es neue Hardwarekomponenten und Softwarealgorithmen in einer innovativen Art und Weise zu kombinieren, um damit ein System mit einer Genauigkeit im Zentimeter Bereich, mit einer Basislinie im km Bereich und mit Kosten von unter 1.000 Euro zu entwickeln. Das Systemverhalten wurde mittels dem Durchführen von statischen und dynamischen Messungen in verschiedenen Umgebungen mit sechs unterschiedlichen Antennen verifiziert. Die Messungen verbesserten auch das Wissen über den wichtigen Zusammenhang zwischen der Antenne zum Empfang von globalen Satellitennavigationssignalen und dem verwendeten globalen Satellitennavigationsmodul. Die dynamischen Messungen wurden auf Felder durchgeführt und unter diesen Bedingungen ist das System im Stande eine Genauigkeit im cm Bereich zu erreichen. Die statischen Messungen wurden im urbanen Gebiet durchgeführt und dabei hatte es Schwierigkeiten eine Genauigkeit im cm Bereich zu erreichen. Die Ergebnisse zeigen, dass es in der Lage ist Positionsabschätzungen unter 2 cm bis zu einer Basislinie von 2 Kilometern zu erzeugen. Die Genauigkeit ist bis zu 180 Mal besser, und die Reichweite bis zu 10 Mal höher als eine andere vergleichbare Arbeit. Die Folgerung daraus ist, dass es als Basis für andere Technologien wie autonomes Fahren von Traktoren oder anderen landwirtschaftlichen Fahrzeugen verwendet werden kann. Die Empfänger benötigen Sichtverbindung zwischen ihnen, um die Korrektursignale senden zu können, die Satellitenkonstellation muss eine Positionsabschwächung der Präzision unter 1.5 haben, und es dürfen keine Mehrwegfehler vorherrschen.