u-blox PointPerfect厘米級(jí)高精度GNSS增強(qiáng)服務(wù)，解鎖新一代自主導(dǎo)航應(yīng)用

導(dǎo)言

?u-blox PointPerfect GNSS增強(qiáng)服務(wù)通過(guò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)或L波段衛(wèi)星廣播，向所有服務(wù)區(qū)域內(nèi)的海量用戶提供廣播校正服務(wù)，可作為面向大眾市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)GNSS高精度定位的最佳解決方案。

?經(jīng)嚴(yán)格測(cè)試表明：即使在GNSS衛(wèi)星信號(hào)較差的環(huán)境中，自主導(dǎo)航設(shè)備依然能通過(guò)u-blox PointPerfect服務(wù)獲取GNSS校正數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)10厘米內(nèi)的精準(zhǔn)定位。（測(cè)試結(jié)果詳見文末）

目錄

隨著傳感器和人工智能技術(shù)的快速迭代，人們逐步為自動(dòng)駕駛、自動(dòng)割草機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等自主導(dǎo)航設(shè)備植入更多的傳感器和智能算法，以不斷增強(qiáng)其環(huán)境感知和靈活運(yùn)動(dòng)的能力，使其能選擇最優(yōu)路徑完成任務(wù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力提升。

預(yù)測(cè)表明，自主導(dǎo)航設(shè)備市場(chǎng)將迎來(lái)更廣闊的發(fā)展前景。其中，英國(guó)政府的研究預(yù)測(cè)，到2035年，全球L3-L5級(jí)別的自動(dòng)駕駛車輛的全球市場(chǎng)估值將達(dá)到8900億美元，為此類車輛提供支持的互聯(lián)和自動(dòng)駕駛技術(shù)的市場(chǎng)估值為1370億美元。

我們本文中所談及的自主導(dǎo)航設(shè)備是指需要實(shí)時(shí)獲取精準(zhǔn)的位置信息的大型設(shè)備群，通常精確到厘米。因此，若想將自主導(dǎo)航設(shè)備切實(shí)應(yīng)用于大眾市場(chǎng)，設(shè)備制造商需在高精度定位技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破，例如降低位置信息獲取成本、提高可靠性等。

01.

為什么我們需要GNSS增強(qiáng)數(shù)據(jù)

我們使用的位置信息是計(jì)算接收機(jī)與GPS、GALILEO和北斗等全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)的，距離測(cè)量是通過(guò)計(jì)算衛(wèi)星傳輸?shù)浇邮諜C(jī)的傳播時(shí)間乘以光速得出，而信號(hào)傳播時(shí)間長(zhǎng)短則會(huì)受多種誤差源的影響，包括衛(wèi)星軌道和時(shí)鐘誤差、信號(hào)偏差以及電離層和對(duì)流層效應(yīng)。

因此，當(dāng)設(shè)備僅使用GNSS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位時(shí)，往往無(wú)法達(dá)到所需厘米級(jí)定位精度，實(shí)時(shí)定位精度只能達(dá)到2-5米。

為了達(dá)到10厘米以下定位精度，您就需要使用GNSS校正或增強(qiáng)服務(wù)。

GNSS增強(qiáng)服務(wù)使用地面固定參考站網(wǎng)絡(luò)從GNSS衛(wèi)星獲取校正信息。每個(gè)參考站將其衛(wèi)星觀測(cè)值與站點(diǎn)的已知位置進(jìn)行對(duì)比，從而得出校正信息。隨后該服務(wù)將校正信息分發(fā)到附近的設(shè)備終端，這些終端在接收到校正信息后，便可實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前位置的坐標(biāo)。

借此，GNSS校正數(shù)據(jù)增強(qiáng)服務(wù)能夠識(shí)別和糾正設(shè)備遇到的定位不準(zhǔn)確的問(wèn)題，實(shí)時(shí)獲取高精度的定位信息。

02.

傳統(tǒng)增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)面臨的挑戰(zhàn)

GNSS增強(qiáng)服務(wù)早已屢見不鮮，但傳統(tǒng)方法有一定局限性。這些方法會(huì)顯著增加成本、復(fù)雜性和延遲時(shí)間，甚至?xí)?dǎo)致無(wú)法適合于某些大規(guī)模應(yīng)用。

無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用

第一個(gè)主要挑戰(zhàn)是如何在追加成本有限的情況下支持大型設(shè)備群？

舉例來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)增強(qiáng)服務(wù)需要大約4.5kbps的帶寬，對(duì)服務(wù)與每個(gè)終端設(shè)備之間的雙向通信有強(qiáng)依賴，雖然精密單點(diǎn)定位(PPP)服務(wù)使用單向通信，但仍需要2.5到5kbps的帶寬。

在這兩種情況下，網(wǎng)絡(luò)成本很快就會(huì)隨著終端設(shè)備規(guī)模的擴(kuò)大而逐漸讓企業(yè)難以承受。

難以整合和管理

第二個(gè)挑戰(zhàn)是如何輕松集成增強(qiáng)數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集群管理。

舉例來(lái)說(shuō)，某些服務(wù)使用專有消息格式，而通信模塊本身并不支持其他服務(wù)使用的基于HTTP的NTRIP1.0（通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行RTCM網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膮f(xié)議）。

因此，使用上述任一類型的服務(wù)都會(huì)為工程和產(chǎn)品管理團(tuán)隊(duì)增加大量且不間斷的工作量，從而影響研發(fā)效率。

可靠性和服務(wù)覆蓋范圍受限

許多需要10厘米以下精度的應(yīng)用都是關(guān)鍵任務(wù)，這意味著必須能夠快速、可靠地訪問(wèn)增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)，因此GNSS增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)的覆蓋范圍需要涵蓋設(shè)備使用的所有區(qū)域。

一些增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)可能需要幾分鐘到半小時(shí)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)精度可達(dá)10厘米以下的初始定位，這對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)還不夠快。

另一方面，其他增強(qiáng)服務(wù)完全依賴于基于IP的通信，因此只能在可以訪問(wèn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的情況下工作。

此外，如果服務(wù)發(fā)送僅由設(shè)備最近的參考站計(jì)算得出的增強(qiáng)數(shù)據(jù)，則精度可能會(huì)有所不同。設(shè)備離該站越遠(yuǎn)，其計(jì)算出的位置讀數(shù)就越不精確。

03.

u-blox全新GNSS增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)

為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，u-blox發(fā)布了新一代狀態(tài)空間表示(SSR)PointPerfect增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)，可提供3-6厘米的定位精度，啟動(dòng)時(shí)間為10-30秒，適用于u-blox和其他支持SPARTN數(shù)據(jù)格式的商用高精度GNSS模塊。

以下我們列出了u-blox PointPerfect增強(qiáng)服務(wù)的優(yōu)勢(shì)：

不受終端設(shè)備的規(guī)模限制

u-blox PointPerfect可以以廣播通信的方式同時(shí)服務(wù)無(wú)限量的用戶，無(wú)需與終端設(shè)備雙向通信，最大帶寬要求僅為2.4kbps，最大限度降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)某杀?，適用于任何規(guī)模的設(shè)備群。

PointPerfect利用高效的實(shí)時(shí)導(dǎo)航安全定位增強(qiáng)(SPARTN)開放數(shù)據(jù)格式，通過(guò)MQTT消息傳輸協(xié)議發(fā)送增強(qiáng)數(shù)據(jù)消息。實(shí)施大規(guī)模部署時(shí)，該協(xié)議本身的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于HTTP。

因此，無(wú)論運(yùn)營(yíng)的設(shè)備群規(guī)模是100臺(tái)還是1,000,000臺(tái)，憑借MQTT用戶都可輕松利用增強(qiáng)數(shù)據(jù)。

廣泛適用、可靠的GNSS增強(qiáng)數(shù)據(jù)

許多終端設(shè)備需要在無(wú)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域運(yùn)行，要實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的定位，這就需要一個(gè)全覆蓋、高可靠性的GNSS增強(qiáng)服務(wù)進(jìn)行支持。

u-blox PointPerfect增強(qiáng)數(shù)據(jù)通過(guò)L-band衛(wèi)星信號(hào)和移動(dòng)IP傳輸，雙通信通道有助于確保終端設(shè)備與PointPerfect 服務(wù)的99.9%正常運(yùn)行時(shí)間保持一致，目前適用于歐洲和美國(guó)大陸的大部分區(qū)域，以及距離海岸線22公里以內(nèi)的區(qū)域。

注：u-blox開發(fā)團(tuán)隊(duì)在一些極端環(huán)境中嚴(yán)格測(cè)試了此類衛(wèi)星功能，詳細(xì)介紹見文末。

此外，設(shè)備接收基于多個(gè)參考站的增強(qiáng)數(shù)據(jù)，可提高定位精度。

自助訪問(wèn)/易于集成

SPARTN是一種開放的數(shù)據(jù)格式，大多數(shù)商業(yè)調(diào)制解調(diào)器都原生支持MQTT消息傳輸協(xié)議，這意味著工程師無(wú)需集成專有客戶端軟件或構(gòu)建自定義調(diào)制解調(diào)器集成，有助于降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和加快產(chǎn)品上市時(shí)間。

此外，PointPerfect通過(guò)u-blox Thingstream企業(yè)級(jí)云平臺(tái)交付，為產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)提供了自助服務(wù)環(huán)境，Thingstream平臺(tái)不僅擁有圖形化數(shù)據(jù)流管理器（用于建立與設(shè)備的消息傳遞和連接），還提供一個(gè)用于與其他服務(wù)集成的API，可讓整套方案實(shí)現(xiàn)快速部署。

04.

PointPerfect實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)告

測(cè)試L-band衛(wèi)星通信

由于許多自主導(dǎo)航設(shè)備需要在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)信號(hào)較差或無(wú)信號(hào)的地區(qū)運(yùn)行，因此擁有提供GNSS增強(qiáng)數(shù)據(jù)的第二個(gè)通道至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)此目的，PointPerfect使用基于衛(wèi)星的L-band通信。

在開發(fā)PointPerfect時(shí)，我們?cè)诟鞣N具有挑戰(zhàn)性的地點(diǎn)進(jìn)行了多種道路測(cè)試，以驗(yàn)證L-band數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

我們的嚴(yán)格測(cè)試表明，在PointPerfect覆蓋區(qū)域內(nèi)，即使是信號(hào)條件最差的區(qū)域，我們也始終能夠通過(guò)L-band接收到的增強(qiáng)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

我們的測(cè)試方法

PointPerfect面向大眾市場(chǎng)而設(shè)計(jì)，您無(wú)需高度專業(yè)化（如測(cè)量型接收機(jī)）的設(shè)備。

本次測(cè)試我們使用Tallysman TWA928L汽車標(biāo)準(zhǔn)車頂天線，配合u-blox F9高精度GNSS定位模塊，確保我們通過(guò)L-band接收到的校正數(shù)據(jù)是連續(xù)、完整且可用的，以確保定位精度在目標(biāo)范圍內(nèi)。

在惡劣條件下進(jìn)行測(cè)試

我們?yōu)榇艘?guī)劃了數(shù)條路線，包括瑞典北部等一些較難接收衛(wèi)星信號(hào)的北極圈地區(qū)，在衛(wèi)星高度角極低的環(huán)境中，測(cè)試信號(hào)接收情況是否足以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位的結(jié)果。

我們測(cè)試地點(diǎn)的最北點(diǎn)（赤道以北66°），衛(wèi)星高度角降至僅為16°，而赫爾辛基為21.8°，羅馬為40°。

我們還前往一些有著極端環(huán)境條件的地點(diǎn)，以確保在該類環(huán)境中我們的信號(hào)強(qiáng)度依然足夠強(qiáng)。

這些地點(diǎn)包括加利福尼亞?wèn)|南部的巨大沙漠、華盛頓州的廣闊山脈，以及西雅圖和圣地亞哥等人口密集的城市地區(qū)進(jìn)行測(cè)試，下圖顯示了其中兩條測(cè)試的路徑記錄。

▲極端測(cè)試路線（左瑞典，右美國(guó)）

無(wú)故障運(yùn)行

盡管測(cè)試環(huán)境帶來(lái)各種挑戰(zhàn)，但我們?cè)谡麄€(gè)測(cè)試過(guò)程中都能夠接收到足夠強(qiáng)的L-band信號(hào)，從而能實(shí)現(xiàn)10厘米以下的定位精度（測(cè)試樣本位于二西格瑪或95%的置信區(qū)間內(nèi)）。

/關(guān)于u-blox公司/

瑞士u-blox公司(SIX:UBXN)是為汽車、工業(yè)和消費(fèi)品市場(chǎng)提供定位和無(wú)線通信技術(shù)與服務(wù)的領(lǐng)先供應(yīng)商。其解決方案能準(zhǔn)確進(jìn)行人員、車輛和機(jī)器的定位，并通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)和短距離網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。憑借廣泛及多樣化的芯片、模塊和日益擴(kuò)大的產(chǎn)品支持?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)，u-blox公司在幫助其客戶針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)快速而成本高效地開發(fā)創(chuàng)新解決方案方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。u-blox公司總部設(shè)在瑞士塔爾維爾，目前在歐洲、亞洲和美國(guó)都設(shè)有辦事處。www.u-blox.com

審核編輯 ：李倩