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移遠(yuǎn)百科 | GNSS定位技術(shù)知多少

2020年06月02日 15:04 廠商供稿 作者:移遠(yuǎn)通信 用戶評論(0

  提起定位,大家首先想到的就是GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))定位,這是一種被普遍認(rèn)可、廣泛接受的追蹤定位技術(shù),可以對人員、動(dòng)物、資產(chǎn)、車輛等進(jìn)行追蹤定位,并提供有關(guān)航向、速度、日期、時(shí)間等數(shù)據(jù)。據(jù)GSA數(shù)據(jù)推測,2020年全球GNSS設(shè)備數(shù)量將達(dá)到80億部(至少每人一臺(tái)),這些設(shè)備為人們的安全出行、工作和生活帶來極大便利。

  

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  ▲GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)迭代圖

  從單系統(tǒng)單頻段到多系統(tǒng)多頻段

  GNSS(Global Navigation Satellite System)并不特指某個(gè)單一的衛(wèi)星系統(tǒng),而是多個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的總稱。用戶設(shè)備通過接收衛(wèi)星提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息來定位。

  

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  美國GPS系統(tǒng)是全球第一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),也是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的衛(wèi)星定位技術(shù)。最初的定位模組只支持GPS系統(tǒng),屬于單系統(tǒng)單頻模組。由于單一GPS系統(tǒng)在局部地區(qū)、部分時(shí)段或信號有遮擋、干擾時(shí)會(huì)出現(xiàn)可見衛(wèi)星數(shù)過少(《4顆)的情況,導(dǎo)致無法正常定位。隨著各國與地區(qū)對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的肯定,相繼投資建設(shè)自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),多系統(tǒng)模組隨之產(chǎn)生,也被稱為多模模組或GNSS模組。

  在相同的外界環(huán)境基礎(chǔ)上,多系統(tǒng)模組能夠捕獲來自不同衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星,使得有效衛(wèi)星數(shù)大幅度提升,從而提高定位的精度和穩(wěn)定性。

  隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展,最初的GPS L1C/A信號逐漸無法滿足用戶的定位導(dǎo)航授時(shí)需求,美國宣布對GPS現(xiàn)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(wèi)星系統(tǒng)的不同頻段信號。

  由于定位模組周圍環(huán)境的影響,使得模組所接收到的衛(wèi)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(yīng)。多頻段技術(shù)可以有效抑制城市環(huán)境中的多路徑效應(yīng),削弱大氣層誤差,提高定位精度。

  多種定位技術(shù)融合,滿足差異化高精度定位需求

  GNSS技術(shù)能夠在幾米精度范圍內(nèi)知曉任何物體的絕對位置,毫不夸張的說,它為我們解決了很多難題?,F(xiàn)在,從智能網(wǎng)聯(lián)車、自動(dòng)駕駛無人機(jī)、機(jī)器人,導(dǎo)航應(yīng)用對自動(dòng)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(shí)現(xiàn)持續(xù)導(dǎo)航

  DR (Dead Reckoning),航位推測法,指的是在知道當(dāng)前時(shí)刻位置的條件下,通過測量移動(dòng)的位置和方位,推算下一時(shí)刻位置的方法。通過在設(shè)備上加裝加速度傳感器陀螺儀傳感器,DR算法可以自主確定定位信息,具有短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)局部高精度定位的特點(diǎn)。

  GNSS定位在遮擋環(huán)境、多路徑較嚴(yán)重場景下效果較差,此時(shí)結(jié)合DR算法,就可以推測出下一秒或多秒內(nèi)的定位結(jié)果。另外,GNSS數(shù)據(jù)更新頻率通常為1Hz,不能滿足高動(dòng)態(tài)需求,而IMU(Inertial Measurement Unit,慣性測量單元)更新頻率可達(dá)100Hz,借助組合,可以顯著提高結(jié)果頻率。但是,DR算法精準(zhǔn)度隨濾波深度增加而變差,所以需要GNSS對其進(jìn)行實(shí)時(shí)糾偏,確保以實(shí)際數(shù)據(jù)不斷地更新推測出的位置,達(dá)到最好的效果。

  主要工作模式如下:

  •   ?上一點(diǎn)估算位置 + IMU數(shù)據(jù)→預(yù)測下一點(diǎn)位置;
  •   ?預(yù)測的位置 + GPS定位→更新當(dāng)前位置;
  •   ?循環(huán)。

  

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  RTK技術(shù),支持分米/厘米級定位精度

  RTK(Real-time kinematic),稱為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法,又稱為載波相位差分技術(shù),是實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測量站載波相位觀測量的差分方法,包括傳統(tǒng)RTK和網(wǎng)絡(luò)RTK。

  

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  ▲傳統(tǒng)RTK工作原理

  在傳統(tǒng)RTK工作模式下,只有一個(gè)基準(zhǔn)站(GNSS接收機(jī)),基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間的距離有限制。基準(zhǔn)站將接收到的測量數(shù)據(jù)與設(shè)置基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出差分?jǐn)?shù)據(jù),然后將差分?jǐn)?shù)據(jù)通過電臺(tái)發(fā)送給流動(dòng)站(用戶接收機(jī))。流動(dòng)站也能通過電臺(tái)接收基準(zhǔn)站發(fā)送的差分?jǐn)?shù)據(jù),并進(jìn)行計(jì)算,最終得出我們所需要的坐標(biāo)數(shù)據(jù),并提高定位精度。

  

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  ▲網(wǎng)絡(luò)RTK工作原理

  在網(wǎng)絡(luò)RTK中,有多個(gè)基準(zhǔn)站,用戶不需要建立自己的基準(zhǔn)站,用戶與基準(zhǔn)站的距離可以擴(kuò)展到上百公里,網(wǎng)絡(luò)RTK減少了誤差源,尤其是與距離相關(guān)的誤差。

  首先,多個(gè)基準(zhǔn)站同時(shí)采集觀測數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)處理中心,數(shù)據(jù)處理中心有1臺(tái)主控電腦能夠通過網(wǎng)絡(luò)控制所有的基準(zhǔn)站。所有從基準(zhǔn)站傳來的數(shù)據(jù)先經(jīng)過粗差剔除,然后主控電腦對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)解算。最后,播發(fā)改正信息給用戶。

  網(wǎng)絡(luò)RTK至少要有3個(gè)基準(zhǔn)站才能計(jì)算出改正信息。改正信息的可靠性和精度會(huì)隨基準(zhǔn)站數(shù)目的增加而得到改善。當(dāng)存在足夠多的基準(zhǔn)站時(shí),如果某個(gè)基準(zhǔn)站出現(xiàn)故障,系統(tǒng)仍然可以正常運(yùn)行并且提供可靠的改正信息。

  相比傳統(tǒng)RTK,網(wǎng)絡(luò)RTK對誤差估算得更加準(zhǔn)確,通過VRS (Virtual Reference Station)虛擬參考站技術(shù)進(jìn)一步增強(qiáng)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站誤差的相關(guān)性??偟膩碚f,網(wǎng)絡(luò)RTK的精度和穩(wěn)定性,要高于傳統(tǒng)RTK。

  GNSS市場穩(wěn)步增長

  據(jù)GSA數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),未來十年,全球GNSS設(shè)備出貨量將持續(xù)增長。從2019年的18億臺(tái)增長至2029年的28億臺(tái)。其中,在道路運(yùn)輸與汽車、無人機(jī)、人員與資產(chǎn)追蹤、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。如何在可接受的成本內(nèi)選擇合適的GNSS技術(shù),將成為擺在終端制造商面前的難題。

  

  移遠(yuǎn)GNSS模組種類齊全 可滿足不同領(lǐng)域定制化需求

  作為全球領(lǐng)先的蜂窩模組和GNSS模組供應(yīng)商,移遠(yuǎn)通信多模單頻L76/L26系列和多模多頻LC79D已在工業(yè)類、消費(fèi)類等大眾化定位應(yīng)用領(lǐng)域獲得豐富量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及良好口碑。

  

  在多種技術(shù)融合定位方面,移遠(yuǎn)通信更是走在行業(yè)前列。其慣性導(dǎo)航領(lǐng)域,LC79D升級版和L26-DR系列均支持GNSS+DR組合定位且已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn);其高精度領(lǐng)域,工規(guī)級內(nèi)置RTK+DR技術(shù)定位模組LC29D成為共享單車類產(chǎn)品的摯愛,車規(guī)級內(nèi)置RTK+DR技術(shù)定位模組LG69T更是在為大型整車廠及Tier 1客戶提供厘米級定位、追蹤和導(dǎo)航服務(wù)。

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