GPS精度可提高密集城市環(huán)境中的性能

早在 2015 年，u-blox M8 GNSS 接收器平臺(tái)在提高定位性能方面取得了重大進(jìn)展，能夠同時(shí)跟蹤兩個(gè)和三個(gè) GNSS 星座。在任何給定時(shí)間將視線內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量大致增加三倍帶來(lái)了顯著的好處：不僅可以使用更大集合中的最佳信號(hào)更準(zhǔn)確地計(jì)算位置；它還顯著縮短了首次修復(fù)的時(shí)間，尤其是在具有挑戰(zhàn)性的城市環(huán)境中。

然后是 u-blox M9 和 u-blox M10，它們將可以在任何給定時(shí)間跟蹤的 GNSS 星座數(shù)量增加到四個(gè)。這就引出了一個(gè)問(wèn)題：跟蹤另一個(gè) GNSS 星座究竟能帶來(lái)多大的改進(jìn)？

今年早些時(shí)候，我們?cè)诿绹?guó)和亞洲各地上路測(cè)試了我們最新一代的 u-blox M9 GNSS 接收器。以下是跟蹤四個(gè)星座與只跟蹤三個(gè)星座的對(duì)比。

具有挑戰(zhàn)性的路試

我們測(cè)試站點(diǎn)的圖像清楚地表明，我們對(duì)簡(jiǎn)單的開(kāi)放天空?qǐng)鼍安桓信d趣。我們追求的是在一個(gè)常見(jiàn)但極具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中直接比較性能：一個(gè)擁有深邃城市峽谷的大都市市區(qū)。

由于摩天大樓限制了天空的部分，從而限制了 GNSS 接收器視線內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量，城市峽谷使得 GNSS 接收器極難鎖定軌道衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)足夠長(zhǎng)的時(shí)間以便能夠不斷地定位自己。通過(guò)增加他們可以利用的衛(wèi)星數(shù)量，一個(gè)額外的星座至少在理論上應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生重大影響。

衛(wèi)星可用性略有改善

我們的測(cè)量結(jié)果證明了這一點(diǎn)。盡管我們記錄的定位率改進(jìn)并不顯著——我們已經(jīng)使用三個(gè)星座實(shí)現(xiàn)了大約 99% 的定位率——在新加坡調(diào)諧到四個(gè)星座時(shí)，我們的接收器跟蹤了 28 顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了 99.5% 的定位率，而 27 （ resp. 25） 衛(wèi)星在調(diào)諧到三顆時(shí)以 99%（resp. 99.5%）的固定率跟蹤。芝加哥的結(jié)果不太明確，固定率僅略好一些，分別為 99.2% 和 98.7%（分別為 99.3%）。

可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)量略多

下面的兩個(gè)圖表代表了我們的測(cè)試接收器在每個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)中跟蹤的 GNSS 衛(wèi)星數(shù)量，以及它們接收到的 SBAS（基于衛(wèi)星的增強(qiáng)系統(tǒng)）信號(hào)的數(shù)量。在第一張圖中，我們將可以同時(shí)跟蹤的星座數(shù)量限制為三個(gè)，固件將跟蹤衛(wèi)星的最大總數(shù)限制為 30 個(gè)。在第二張圖中，我們讓我們的接收器跟蹤四個(gè)星座，同樣具有相同的最大限制，但有一個(gè)額外的限制：每個(gè)星座的跟蹤衛(wèi)星數(shù)量限制為八顆。

鑒于軌道上的衛(wèi)星數(shù)量眾多，兩個(gè)接收器始終接近于最大限度地同時(shí)跟蹤它們可以同時(shí)跟蹤的單個(gè)衛(wèi)星的數(shù)量。然而，有一個(gè)重要的區(qū)別。對(duì)于三個(gè)星座，接收器必須與碰巧在視線內(nèi)的任何衛(wèi)星湊合。當(dāng)跟蹤四個(gè)星座時(shí)，接收器固件可能會(huì)很挑剔，只選擇信號(hào)提供最多信息的衛(wèi)星子集。

跟蹤四個(gè) GNSS 星座的好處是 （i） 更大的衛(wèi)星信號(hào)多樣性，以及 （ii） 更好的信號(hào)質(zhì)量。正如我們將在下一節(jié)中看到的，這些優(yōu)勢(shì)直接轉(zhuǎn)化為位置和速度精度的改進(jìn)。

提高位置和速度精度

回到計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，我們分析了相同的道路測(cè)試數(shù)據(jù)，以比較使用三個(gè)與四個(gè) GNSS 星座時(shí)我們的位置和速度讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

數(shù)字不言自明。在這兩種情況下，我們都觀察到 50% 的定位和速度誤差 （CEP50） 有所改善，并且這些改善隨著我們考慮的測(cè)量百分比的增加而增加。值得注意的是，添加一個(gè)額外的星座顯著降低了異常值的大小——2D 位置降低了三倍以上，2D 速度降低了幾乎兩倍。另一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是，所有遭受位置跳躍（異常值）的應(yīng)用程序都從 4GNSS 接收中受益匪淺。

跟蹤更多衛(wèi)星星座的總體優(yōu)勢(shì)

正如我們所見(jiàn)，跟蹤四個(gè) GNSS 星座只會(huì)導(dǎo)致 GNSS 接收器在固定位置上花費(fèi)的時(shí)間略有增加。對(duì)于使用 GNSS 接收器的任何人來(lái)說(shuō)，這意味著他們的 GNSS 接收器將提供位置和速度估計(jì)，無(wú)論他們是跟蹤三個(gè)還是四個(gè)星座。但由于 GNSS 接收器可以從更多樣化的衛(wèi)星和星座中挑選出最佳的 GNSS 信號(hào)，因此它可以提供更準(zhǔn)確的位置和速度估計(jì)。

這里報(bào)告的定量結(jié)果只說(shuō)明了故事的一部分。如開(kāi)篇所述，跟蹤三個(gè) GNSS 星座使整體定位解決方案更加穩(wěn)健——無(wú)論是惡意射頻干擾、GNSS 服務(wù)意外中斷，還是故意停止服務(wù)，例如在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期。跟蹤第四個(gè)星座進(jìn)一步支持了這些優(yōu)勢(shì)。

審核編輯：郭婷