高精度GNSS與標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS有何不同

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李寧遠(yuǎn))GNSS已經(jīng)是大家很熟悉的一類定位系統(tǒng)，GNSS系統(tǒng)的測(cè)量觀測(cè)時(shí)間短，還能提供三維坐標(biāo)。但是，也會(huì)有各種原因讓GNSS系統(tǒng)產(chǎn)生定位誤差，衛(wèi)星誤差、大氣誤差、多路徑誤差都會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳播時(shí)間計(jì)算有誤讓最后的定位產(chǎn)生誤差。這種定位誤差短則幾十米，長(zhǎng)則上百米都是有可能的。在GNSS中，有高精度GNSS和標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS之分，高精度GNSS隨著5G通信的普及和GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)的增加，開(kāi)始將定位誤差不斷縮小，并開(kāi)始向大眾市場(chǎng)推開(kāi)應(yīng)用。

高精度GNSS與標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS有何不同?

其實(shí)從根本上說(shuō)，二者都是在相同的信號(hào)上工作。以GPS L1頻段的1.5GHz載波為例，在該載波上有一個(gè)調(diào)制的測(cè)距碼、偽隨機(jī)噪聲碼，標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS的接收機(jī)就是使用這個(gè)測(cè)距碼來(lái)確定距離。對(duì)于L1頻段的C/A碼來(lái)說(shuō)，偽隨機(jī)噪聲碼每300公里重復(fù)一次，單個(gè)碼元的長(zhǎng)度在300米左右。因此接收器在標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS下，按照編碼1%到10%的范圍定位，其標(biāo)準(zhǔn)精度極限在幾米范圍內(nèi)，這還要考慮到冷噪聲等其他制約因素。

(圖源：WikimediaCommons Public Domain)

高精度GNSS就是在基于編碼的標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS基礎(chǔ)上進(jìn)一步推動(dòng)這個(gè)精度極限，高精度GNSS秘訣在于不使用偽隨機(jī)噪聲碼，而是利用載波本身。仍以L1的C/A為例，該載波的波長(zhǎng)很短只有20厘米左右，這意味著在20厘米內(nèi)以10%的精度定位，可以實(shí)現(xiàn)2厘米的定位精度。這類似于在測(cè)量距離時(shí)我們采用更精細(xì)的刻度標(biāo)準(zhǔn)。

亞米級(jí)精度實(shí)現(xiàn)——5G RTK與高精度GNSS融合

高精度GNSS可以實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)范圍內(nèi)高精度定位，在室外環(huán)境中實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法之一是通過(guò)5G中RTK與高精度GNSS技術(shù)的融合。

GNSS定位里差分定位是一個(gè)很經(jīng)典的辦法，通過(guò)已知精確坐標(biāo)的基準(zhǔn)站提前計(jì)算誤差，然后將誤差帶入定位計(jì)算中達(dá)到消除誤差的效果。這種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)在5G通信的加持下，可以根據(jù)校正數(shù)據(jù)流去除錯(cuò)誤源。校正數(shù)據(jù)流的困難隨著移動(dòng)通信向著5G發(fā)展依靠更快的移動(dòng)通信和更高的帶寬能力逐步得到了解決，校正數(shù)據(jù)流直接在單播放或者5G廣播協(xié)議上直接得到解決，可以說(shuō)是最流行的OSR應(yīng)用，不僅加快收斂時(shí)間，還具有良好的精度。

(圖源：R&S)

當(dāng)然這種技術(shù)也不是沒(méi)有缺點(diǎn)，RTK激素和基線很短，需要在靠近參考站的地方使用，范圍大概在20公里。這會(huì)在某種程度上限制RTK的應(yīng)用。另外，如果是動(dòng)態(tài)定位，RTK技術(shù)還需要進(jìn)行區(qū)域性的切換。

高精度GNSS開(kāi)始進(jìn)入大眾市場(chǎng)

高精度GNSS此前難以進(jìn)入大眾市場(chǎng)有很多原因。首先以載波為刻度的問(wèn)題在于載波是符號(hào)波，符號(hào)波都是相似的同時(shí)每20厘米重復(fù)一次，重復(fù)性帶來(lái)了遠(yuǎn)超編碼每300公里才重復(fù)一次的模糊性。我們可以確認(rèn)目標(biāo)在這20厘米內(nèi)的位置，但是沒(méi)法確定目標(biāo)和衛(wèi)星之間隔了多少個(gè)20厘米。解決這一問(wèn)題，必須要衛(wèi)星夠多，頻率夠多。

這個(gè)解決辦法聽(tīng)起來(lái)其實(shí)很老套，衛(wèi)星夠多，頻率夠多，分辨率自然就高起來(lái)了。但實(shí)現(xiàn)這一效果需要的校正數(shù)據(jù)流成本以及對(duì)計(jì)算性能的要求在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間里不適應(yīng)消費(fèi)級(jí)的應(yīng)用。而且，高精度GNSS必須要衛(wèi)星持續(xù)觀測(cè)才有效，一旦目標(biāo)短暫丟失GNSS開(kāi)始重新收斂定位，收斂過(guò)程如果過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響高精度GNSS在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中的使用。

但隨著5G技術(shù)發(fā)展與GNSS星座的增加，這些限制高精度GNSS普及的難題已經(jīng)一一得到了解決。如上面所說(shuō)，連續(xù)校正數(shù)據(jù)流的困難隨著移動(dòng)通信向著5G發(fā)展得到了解決，校正數(shù)據(jù)提供商為了推廣大眾市場(chǎng)，每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)成本也正在下降。

高精度GNSS鋪開(kāi)全面應(yīng)用最重要的一點(diǎn)離不開(kāi)現(xiàn)在可用的GNSS星座數(shù)量以及民用信號(hào)頻段的不斷增加，這意味著高精度GNSS的模糊性問(wèn)題可以快速地解決。目前很多GNSS模塊廠商推出的GNSS IC中還內(nèi)置了里程表和陀螺儀，補(bǔ)足高精度GNSS在丟失觀測(cè)目標(biāo)后的定位，讓動(dòng)態(tài)目標(biāo)的位置不再丟失。這也從另一方面加快了重新定位的收斂時(shí)間，在汽車這樣的動(dòng)態(tài)定位里高精度GNSS技術(shù)的應(yīng)用也不再受到限制。

原文標(biāo)題：高精度GNSS進(jìn)入大眾市場(chǎng)，與5G開(kāi)始融合

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審核編輯：湯梓紅