提起定位,大家首先想到的就是 GNSS(全球衛(wèi)星導航系統(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 設備數(shù)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(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。用戶設備通過接收衛(wèi)星提供的經(jīng)緯度坐標信息來定位。
美國 GPS 系統(tǒng)是全球第一個衛(wèi)星導航系統(tǒng),也是現(xiàn)階段應用最為廣泛、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,導致無法正常定位。隨著各國與地區(qū)對衛(wèi)星導航系統(tǒng)的肯定,相繼投資建設自己的衛(wèi)星導航系統(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。多頻段技術(shù)可以有效抑制城市環(huán)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(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(xiàn)持續(xù)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(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,達到最好的效果。
主要工作模式如下:
上一點估算位置 + IMU 數(shù)據(jù)→預測下一點位置;
預測的位置 + GPS 定位→更新當前位置;
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 RTK。
▲傳統(tǒng) RTK 工作原理
在傳統(tǒng) RTK 工作模式下,只有一個基準站(GNSS 接收機),基準站和流動站之間的距離有限制?;鶞收緦⒔邮盏降臏y量數(shù)據(jù)與設置基準站的數(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數(shù)據(jù),并提高定位精度。
▲網(wǎng)絡 RTK 工作原理
在網(wǎng)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里,網(wǎng)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)絡控制所有的基準站。所有從基準站傳來的數(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 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(shù)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(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 RTK 對誤差估算得更加準確,通過 VRS (Virtual Reference StaTIon)虛擬參考站技術(shù)進一步增強基準站和流動站誤差的相關性??偟膩碚f,網(wǎng)絡 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)等領域的應用將呈現(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 可滿足不同領域定制化需求
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(yè)類、消費類等大眾化定位應用領域獲得豐富量產(chǎn)經(jīng)驗及良好口碑。
在多種技術(shù)融合定位方面,移遠通信更是走在行業(yè)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(xiàn)量產(chǎn);其高精度領域,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、追蹤和導航服務。