移遠百科 | GNSS定位技術知多少

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移遠通信 發表於 2020-06-02 15:04:06

　　提起定位，大家首先想到的就是GNSS（全球衛星導航系統）定位，這是一種被普遍認可、廣泛接受的追蹤定位技術，可以對人員、動物、資產、車輛等進行追蹤定位，並提供有關航向、速度、日期、時間等數據。據GSA數據推測，2020年全球GNSS設備數量將達到80億部（至少每人一臺），這些設備為人們的安全出行、工作和生活帶來極大便利。

　　

　　▲GNSS衛星定位技術迭代圖

　　從單系統單頻段到多系統多頻段

　　GNSS（Global Navigation Satellite System）並不特指某個單一的衛星系統，而是多個衛星系統的總稱。用戶設備通過接收衛星提供的經緯度坐標信息來定位。

　　

　　美國GPS系統是全球第一個衛星導航系統，也是現階段應用最為廣泛、技術最為成熟的衛星定位技術。最初的定位模組只支持GPS系統，屬於單系統單頻模組。由於單一GPS系統在局部地區、部分時段或信號有遮擋、幹擾時會出現可見衛星數過少（《4顆）的情況，導致無法正常定位。隨著各國與地區對衛星導航系統的肯定，相繼投資建設自己的衛星導航系統，多系統模組隨之產生，也被稱為多模模組或GNSS模組。

　　在相同的外界環境基礎上，多系統模組能夠捕獲來自不同衛星系統的衛星，使得有效衛星數大幅度提升，從而提高定位的精度和穩定性。

　　隨著衛星導航系統的發展，最初的GPS L1C/A信號逐漸無法滿足用戶的定位導航授時需求，美國宣布對GPS現代化，增加了第二民用信號L2C和第三民用信號L5等。GNSS定位模組也開始接收各衛星系統的不同頻段信號。

　　由於定位模組周圍環境的影響，使得模組所接收到的衛星信號中還包含有各種反射和折射信號的影響，這就是所謂的多路徑效應。多頻段技術可以有效抑制城市環境中的多路徑效應，削弱大氣層誤差，提高定位精度。

　　多種定位技術融合，滿足差異化高精度定位需求

　　GNSS技術能夠在幾米精度範圍內知曉任何物體的絕對位置，毫不誇張的說，它為我們解決了很多難題。現在，從智能網聯車、自動駕駛到無人機、機器人，導航應用對自動化需求不斷提高，這亟需更高精度的定位解決方案。

　　GNSS & DR組合定位，實現持續導航

　　DR （Dead Reckoning），航位推測法，指的是在知道當前時刻位置的條件下，通過測量移動的位置和方位，推算下一時刻位置的方法。通過在設備上加裝加速度傳感器和陀螺儀傳感器，DR算法可以自主確定定位信息，具有短時間內實現局部高精度定位的特點。

　　GNSS定位在遮擋環境、多路徑較嚴重場景下效果較差，此時結合DR算法，就可以推測出下一秒或多秒內的定位結果。另外，GNSS數據更新頻率通常為1Hz，不能滿足高動態需求，而IMU（Inertial Measurement Unit，慣性測量單元）更新頻率可達100Hz，藉助組合，可以顯著提高結果頻率。但是，DR算法精準度隨濾波深度增加而變差，所以需要GNSS對其進行實時糾偏，確保以實際數據不斷地更新推測出的位置，達到最好的效果。

　　主要工作模式如下：

• 　　 上一點估算位置 + IMU數據→預測下一點位置；
• 　　 預測的位置 + GPS定位→更新當前位置；
• 　　 循環。

　　

　　RTK技術，支持分米/釐米級定位精度

　　RTK（Real-time kinematic），稱為實時動態差分法，又稱為載波相位差分技術，是實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，包括傳統RTK和網絡RTK。

　　

　　▲傳統RTK工作原理

　　在傳統RTK工作模式下，只有一個基準站（GNSS接收機），基準站和流動站之間的距離有限制。基準站將接收到的測量數據與設置基準站的數據進行計算得出差分數據，然後將差分數據通過電臺發送給流動站（用戶接收機）。流動站也能通過電臺接收基準站發送的差分數據，並進行計算，最終得出我們所需要的坐標數據，並提高定位精度。

　　

　　▲網絡RTK工作原理

　　在網絡RTK中，有多個基準站，用戶不需要建立自己的基準站，用戶與基準站的距離可以擴展到上百公裡，網絡RTK減少了誤差源，尤其是與距離相關的誤差。

　　首先，多個基準站同時採集觀測數據並將數據傳送到數據處理中心，數據處理中心有1臺主控電腦能夠通過網絡控制所有的基準站。所有從基準站傳來的數據先經過粗差剔除，然後主控電腦對這些數據進行聯網解算。最後，播發改正信息給用戶。

　　網絡RTK至少要有3個基準站才能計算出改正信息。改正信息的可靠性和精度會隨基準站數目的增加而得到改善。當存在足夠多的基準站時，如果某個基準站出現故障，系統仍然可以正常運行並且提供可靠的改正信息。

　　相比傳統RTK，網絡RTK對誤差估算得更加準確，通過VRS （Virtual Reference Station）虛擬參考站技術進一步增強基準站和流動站誤差的相關性。總的來說，網絡RTK的精度和穩定性，要高於傳統RTK。

　　GNSS市場穩步增長

　　據GSA數據統計，未來十年，全球GNSS設備出貨量將持續增長。從2019年的18億臺增長至2029年的28億臺。其中，在道路運輸與汽車、無人機、人員與資產追蹤、智能電網等領域的應用將呈現爆發式增長。如何在可接受的成本內選擇合適的GNSS技術，將成為擺在終端製造商面前的難題。

　　

　　移遠GNSS模組種類齊全 可滿足不同領域定製化需求

　　作為全球領先的蜂窩模組和GNSS模組供應商，移遠通信多模單頻L76/L26系列和多模多頻LC79D已在工業類、消費類等大眾化定位應用領域獲得豐富量產經驗及良好口碑。

　　

　　在多種技術融合定位方面，移遠通信更是走在行業前列。其慣性導航領域，LC79D升級版和L26-DR系列均支持GNSS+DR組合定位且已實現量產；其高精度領域，工規級內置RTK+DR技術定位模組LC29D成為共享單車類產品的摯愛，車規級內置RTK+DR技術定位模組LG69T更是在為大型整車廠及Tier 1客戶提供釐米級定位、追蹤和導航服務。

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