使用u-blox ZED-F9R模塊測(cè)試高精度定位性能

精準(zhǔn)定位解決方案一直以實(shí)施難度大而著稱。我們的分步實(shí)施指南將通過(guò)高效、簡(jiǎn)便的方式指導(dǎo)您完成整個(gè)過(guò)程的每一步。

在最近的一篇文章中，我們介紹了 OpenMower 平臺(tái)，這是使用 u-blox ZED-F9R 模塊測(cè)試高精度定位性能的一種快速簡(jiǎn)便的方法。但如果您想從頭開(kāi)始創(chuàng)建一個(gè)厘米級(jí)定位解決方案，以適應(yīng)特定應(yīng)用的設(shè)計(jì)限制，應(yīng)該怎么做？正確設(shè)置 GNSS 接收機(jī)、校正服務(wù)接收機(jī)、校正服務(wù)和慣性傳感裝置最初可能讓人望而生畏，即使對(duì)于擁有開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn) GNSS 解決方案經(jīng)驗(yàn)的公司來(lái)說(shuō)，也不例外。

不過(guò)好消息是，我們會(huì)為您提供支持。我們的入門(mén)指南將指引您完成整個(gè)過(guò)程的每一步，從最初的采購(gòu)清單，一直到解決方案啟動(dòng)和運(yùn)行后您要注重的細(xì)節(jié)。

服務(wù)機(jī)器人、電動(dòng)滑板車(chē)及更多……

我們首先簡(jiǎn)單介紹一下 ZED-F9R 模塊：ZED-F9R 是 u-blox 在過(guò)去幾年中推出的眾多高精度定位解決方案之一，這款模塊將一度僅有高價(jià)值應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)的定位性能帶入了大眾市場(chǎng)。該模塊專為在最具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中提供高精度 GNSS 定位而打造，并且針對(duì)服務(wù)機(jī)器人和電動(dòng)滑板車(chē)等慢速移動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。

ZED-F9R 結(jié)合了能同時(shí)跟蹤多達(dá)四個(gè) GNSS 星座的多頻段 GNSS 系統(tǒng)和慣性傳感器技術(shù)，可以彌補(bǔ)臨時(shí)信號(hào)中斷，從而顯著縮短了開(kāi)發(fā)可靠的厘米級(jí)定位解決方案所需的時(shí)間。以下一些建議可以幫您邁出第一步。

首先準(zhǔn)備好所有必備元器件

ZED-F9R

GNSS 技術(shù)具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，只需要兩個(gè)組件就能確定地球上任何地方的位置：一個(gè) GNSS 接收機(jī)和一根天線。其他一切服務(wù)都由國(guó)家出資建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施免費(fèi)提供，其中大部分基礎(chǔ)設(shè)施都在太空中運(yùn)行。

開(kāi)發(fā)高精度定位解決方案的購(gòu)物清單有點(diǎn)長(zhǎng)。但正如您將在本文中看到的那樣，ZED-F9R 提供的高度技術(shù)集成消除了許多復(fù)雜性。

當(dāng)然，您需要一個(gè)可以正常工作的 ZED-F9R 模塊。我們的 C102-F9R 評(píng)估套件對(duì)于首次接觸這個(gè)方面的用戶是很好的起點(diǎn)，可提供能滿足大多數(shù)用途的、經(jīng)過(guò)測(cè)試的即用型設(shè)備。如果您選擇定制 PCB，應(yīng)確保該模塊包括與接收機(jī)的 UART 連接，最好還支持 USB。

C102-F9R 評(píng)估套件

其次，一定要選擇合適的天線。您需要增益至少為 17 dB 的多頻段 L1 和 L2 天線，以便為 GNSS 接收機(jī)模塊正確提供信號(hào)。其設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到了 RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）應(yīng)用，可能需要天線周邊鋪地來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳性能。ANN-MB 就是很好的起點(diǎn)。

ANN-MB

然后，您還需要通信信道，以便將車(chē)輛的里程測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給 GNSS 接收機(jī)，這是高精度定位不可或缺的一環(huán)。其形式可以是用于輪速脈沖和方向的專用硬件引腳，也可以是串行接口。

為實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位，您需要 GNSS 校正數(shù)據(jù)。校正數(shù)據(jù)的來(lái)源多種多樣，包括本地 GNSS 基準(zhǔn)站，或是訂閱式 GNSS 校正服務(wù)。

u-center

最后，為了進(jìn)行開(kāi)發(fā)和測(cè)試，您需要一臺(tái)主機(jī)，例如一臺(tái)運(yùn)行 u-center 并與接收機(jī)進(jìn)行串行通信連接的 PC。使用嵌入式主機(jī)取代 PC 時(shí)，不要忘記在最終設(shè)計(jì)中保留監(jiān)測(cè)和調(diào)試功能。

設(shè)置解決方案，實(shí)現(xiàn)最佳精準(zhǔn)定位性能

了解了如何將接收機(jī)連接到 u-center 以進(jìn)行監(jiān)測(cè)和配置（如文末的入門(mén)指南中所述）之后，您必須安裝 GNSS 接收機(jī)和天線，以獲得最佳性能。

只有要求最嚴(yán)苛的應(yīng)用才注重接收機(jī)的位置。更重要的是接收機(jī)的方位，要正確使用慣性傳感器數(shù)據(jù)，必須測(cè)量接收機(jī)的方位，確保其誤差在幾度以內(nèi)。

為了在解決方案的整個(gè)生命周期內(nèi)保證可靠的性能，請(qǐng)確保接收機(jī)牢固地固定在車(chē)架上，并防止過(guò)度振動(dòng)。

為了保證可靠的性能，天線的位置尤為重要。天線應(yīng)放置在擁有清晰天空視野的位置。將天線盡可能靠近接收機(jī)可以進(jìn)一步提高性能。

測(cè)試 GNSS 信號(hào)接收情況

安裝好硬件、建立與增強(qiáng)服務(wù)的連接并配置好通信接口后，即可使用 u-center 測(cè)試 GNSS 信號(hào)接收情況了。先將接收機(jī)與 u-center 連接，然后前往一個(gè)視野開(kāi)闊的地點(diǎn)，等待接收機(jī)建立 3D 定位，并檢查可用的衛(wèi)星信號(hào)。

如果您在多個(gè)頻段上接收到至少 20 個(gè)符合預(yù)期的星座信號(hào)，且平均載波噪聲比 C/N0 至少達(dá)到 40，則表示 GNSS 信號(hào)接收情況良好。但如果信號(hào)質(zhì)量很差，則應(yīng)先改善信號(hào)質(zhì)量再繼續(xù)。請(qǐng)記住，在所有情況下，GNSS 信號(hào)不好都會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)航性能低下。如果接收到的 GPS 信號(hào)質(zhì)量較差，可能的原因是天線選擇不當(dāng)、天線周邊鋪地缺失和天線布設(shè)不當(dāng)。

設(shè)置校正數(shù)據(jù)源

接收機(jī)需要連續(xù)的 GNSS 校正數(shù)據(jù)流，這樣才能提供適當(dāng)?shù)?RTK 性能。在本文中，我們將介紹利用 NTRIP（通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行的 RTCM 網(wǎng)絡(luò)傳輸）協(xié)議發(fā)送校正數(shù)據(jù)的關(guān)鍵要點(diǎn)。下一篇文章將更具體地介紹通過(guò) MQTT 協(xié)議接收校正數(shù)據(jù)的情況，例如 u-blox PointPerfect GNSS 增強(qiáng)服務(wù)。

PointPerfectGNSS 增強(qiáng)服務(wù)

如果使用 NTRIP，則需要訪問(wèn) NTRIP Caster（地址、端口、用戶名和密碼）。要使用 Caster，可以使用附近的 GNSS 基站和 RTK2go 等 RTK 通播服務(wù)，或者使用商業(yè) GNSS 校正服務(wù)。

u-center 可讓您實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) RTK 狀態(tài)。在開(kāi)闊天空的條件下，設(shè)置良好的系統(tǒng)應(yīng)在兩分鐘內(nèi)確定 RTK 定位。

固定傳感器融合設(shè)置

為實(shí)現(xiàn)可靠的厘米級(jí)定位性能，最后一步（也是最重要的一步）涉及到為傳感器融合設(shè)置接收機(jī)。首先，您需要通過(guò)接收機(jī)上的專用引腳（僅適用于汽車(chē)應(yīng)用場(chǎng)景）或串行接口，向接收機(jī)提供里程測(cè)量數(shù)據(jù)。如果使用串行接口，要確保數(shù)據(jù)流的質(zhì)量足夠高，具有最低的采樣延遲和數(shù)據(jù)丟失，并且按固定間隔輸送。

接下來(lái)，選擇最合適的動(dòng)態(tài)模型（汽車(chē)、機(jī)器人割草機(jī)或電動(dòng)滑板車(chē)）來(lái)配置傳感器融合解決方案，并確定接收機(jī)相對(duì)于車(chē)輛的方向。在汽車(chē)應(yīng)用場(chǎng)景中，可考慮使用自動(dòng)對(duì)齊功能，以節(jié)省時(shí)間和精力。

接下來(lái)只需要設(shè)置導(dǎo)航輸出率，就可以開(kāi)始校準(zhǔn)和測(cè)試解決方案（如文末的入門(mén)指南中所述）了。

恭喜，大功告成！

衷心希望這篇文章和文末這個(gè)更加詳細(xì)的入門(mén)指南能讓您相信，安裝高精度定位解決方案并不難。

/關(guān)于u-blox公司/

瑞士u-blox公司(SIX:UBXN)專注于為客戶提供豐富的芯片和模塊產(chǎn)品以及全面的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，賦能客戶以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位與萬(wàn)物互聯(lián)。我們憑借業(yè)界領(lǐng)先的解決方案持續(xù)推動(dòng)未來(lái)汽車(chē)與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的創(chuàng)新升級(jí)。u-blox公司總部設(shè)于瑞士蘇黎世塔爾維爾，目前全球員工約1,400名，可為客戶量身打造出兼具精準(zhǔn)、智能和可持續(xù)性的解決方案。