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,這是一種被普遍認可、廣泛接受的追蹤定位技術(shù),可以對人員、動物、資產(chǎn)、車輛等進行追蹤定位,并提供有關(guān)航向、速度、日期、時間等數(shù)據(jù)。據(jù)GSA數(shù)據(jù)推測,2020年全球GNSS設(shè)備數(shù)量將達到80億部(至少每人一臺),這些設(shè)備為人們的安全出行、工作和生活帶來極大便利。
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)并不特指某個單一的衛(wèi)星系統(tǒng),而是多個衛(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。
全球現(xiàn)有主要衛(wèi)星系統(tǒng)
美國GPS系統(tǒng)是全球第一個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),也是現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛、技術(shù)較成熟的衛(wèi)星定位技術(shù)。早期的定位模組只支持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)、部分時段或信號有遮擋、干擾時會出現(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。現(xiàn)在,從智能網(wǎng)聯(lián)車、自動駕駛到無人機、機器人,導(dǎo)航應(yīng)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(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(shè)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(nèi)實現(xiàn)局部高精度定位的特點。
GNSS定位在遮擋環(huán)境、多路徑較嚴重場景下效果較差,此時結(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,不能滿足高動態(tài)需求,而IMU(Inertial Measurement Unit,慣性測量單元)更新頻率可達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對其進行實時糾偏,確保以實際數(shù)據(jù)不斷地更新推測出的位置,達到更好的效果。
主要工作模式如下:上一點估算位置 + IMU數(shù)據(jù)→預(yù)測下一點位置;
預(yù)測的位置 + GPS定位→更新當(dāng)前位置;
循環(huán)。
RTK技術(shù),支持分米/厘米級定位精度
RTK(Real-time kinematic),稱為實時動態(tài)差分法,又稱為載波相位差分技術(shù),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(tǒng)RTK和網(wǎng)絡(luò)RTK。
傳統(tǒng)RTK工作原理
在傳統(tǒng)RTK工作模式下,只有一個基準(zhǔn)站(GNSS接收機),基準(zhǔn)站和流動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)進行計算得出差分數(shù)據(jù),然后將差分數(shù)據(jù)通過電臺發(fā)送給流動站(用戶接收機)。流動站也能通過電臺接收基準(zhǔn)站發(fā)送的差分數(shù)據(jù),并進行計算,最終得出我們所需要的坐標(biāo)數(shù)據(jù),并提高定位精度。
網(wǎng)絡(luò)RTK工作原理
在網(wǎng)絡(luò)RTK中,有多個基準(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,多個基準(zhǔn)站同時采集觀測數(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個基準(zhǔn)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(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,如果某個基準(zhǔn)站出現(xiàn)故障,系統(tǒng)仍然可以正常運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)進一步增強基準(zhǔn)站和流動站誤差的相關(guān)性。總的來說,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,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(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GNSS模組種類齊全 可滿足不同領(lǐng)域定制化需求
作為出色的蜂窩模組和GNSS模組供應(yīng)商,移遠通信多模單頻L76/L26系列和多模多頻LC79D已在工業(yè)類、消費類等大眾化定位應(yīng)用領(lǐng)域獲得豐富量產(chǎn)經(jīng)驗及良好口碑。
在多種技術(shù)融合定位方面,移遠通信也做得比較出色。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)。
審核編輯:郭婷
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