现在科技越来越发达,厘米级定位早就悄悄走进了很多领域:高阶辅助驾驶、高精度导航、打车软件、无人快递车等。想实现这种精准的厘米级定位,有哪些靠谱的技术路线呢?
█ 厘米级定位离不开的金刚钻:RTK和PPP
目前主流GNSS定位(GPS、北斗等),其PVT(位置、速度、时间)结果由伪距计算获得。
卫星定位的原理很简单:地面设备(接收机)通过接收多颗卫星的信号并计算时间差,就能解算出接收机与卫星之间的距离。再结合卫星的轨道位置,通过精密计算,最终确定地面设备的三维坐标。
道理虽然简单,但实际应用中,却面临很多挑战。其实说白了,就是卫星定位需要对抗大量的误差。
这些误差,有的来自卫星,例如卫星轨道误差(卫星本身的位置数据不准)、卫星钟差(卫星原子钟的时间不准)等;有的来自传播途径,例如大气(电离层、对流层等)延迟、多路径效应等;也有的,来自地面设备本身,例如硬件延迟、本地钟差、内部噪声等。
传统的单频单点定位,精度并不好,只能保证米级精度。如果遇到环境不好的情况,差到十几米、几十米都有可能。
为了解决这些问题,工程师们就需要针对GNSS进行增强,推出高精度定位技术。于是,就有了RTK和PPP。
● RTK
RTK,全称叫做实时差分定位(Real-Time Kinematic)。它是通过设立一个或多个已知坐标的基准站,对GNSS的精度进行增强。
RTK工作时,基准站会向移动接收机实时播发载波相位观测值的数据(改正数)。移动接收机利用这些数据,结合自身观测的载波相位数据,实时解算出高精度相对位置,精度可以达到厘米级。
RTK原理
简单来说,RTK就是通过一把刻度更细的标准尺,实时计算终端和基站的距离,并告诉你当前位置。
RTK这种采用区域基准站观测值进行信息校准的技术,行业有个专门的叫法——观测域(Observation Space Representation,OSR)校正。
● PPP
PPP,全称叫做精密单点定位(Precise Point Positioning)。
它不是通过计算相对距离,而是通过数学建模分析过程中的每一项误差,修正每一项误差源来提高定位精度。
通过几百个全球框架站,汇总到中心处理站(CPF)来建模修正精密卫星轨道、卫星钟差等误差源。
PPP原理
PPP工作时,地面用户设备(接收机)会通过互联网或卫星链路播发从CPF获取这些数据,然后,接收机通过内部算法,将得到的实时误差数据用于修正观测值,获得分米级精度的定位结果。
如果说RTK是一把精确的尺,那么PPP就是一个指南针,通过修正自身的误差源,达到更高精度。
PPP这种通过状态空间而非观测值进行精确误差消除的技术,行业也有专门叫法,叫做空间状态域(State Space Representation,SSR)校正。
PPP服务有的是政府官方提供的,也有的是企业自建的。目前,全球比较知名的官方PPP增强服务分别是B2b(北斗)、CLAS(日本)、MADOCA(日本)、E6(Galileo)等。
█ PPP的再增强——PPP-AR和PPP-RTK
RTK和PPP都存在一些缺陷,所以,仍然需要进一步从技术上增强。于是,就有了PPP-AR和PPP-RTK。
● PPP-AR
PPP-AR,多了一个AR。这个AR可不是戴在头上那个AR(增强现实)眼镜,而是Ambiguity Resolution(模糊度固定)。
它的原理有点复杂,是在传统PPP(浮点解)基础上,通过修正相位小数偏差(FCB)和未校准相位延迟(UPD)等,将模糊度固定为整数,从而提升收敛速度和定位精度。
看不懂也没关系,反正PPP-AR就是算法上的增强,给PPP这副“远视镜”配上了自动对焦功能,能将PPP的精度从分米级提升到厘米级。
PPP-AR的收敛时间也有明显改进,传统PPP需30-60分钟,PPP-AR可缩短至10-15分钟。
● PPP-RTK
PPP-RTK,是将PPP和RTK技术进行深度融合形成的技术,由德国GEO++公司的Wübbena博士团队于2005年首次正式提出。
PPP-RTK既利用了PPP全球基准网提供的卫星钟差、卫星轨道误差解算结果,具备了广域覆盖能力,也基于RTK的区域基准站,对电离层误差、对流层误差等区域性误差进行了分析。
PPP-RTK原理
针对卫星,PPP-RTK将轨道误差和钟差精确到2厘米。针对电离层,PPP-RTK实时构建了电离层地图(类似给大气层做了CT扫描),掌握VTEC(垂直总电子含量)/STEC(斜向总电子含量)数据。针对对流层,PPP-RTK建立了三维大气延迟模型,掌握GRID ZTD(格网天顶对流层总延迟)数据。多管齐下,可能影响定位结果的误差因素被逐一剥离、校准与补偿,定位精度明显提升。
PPP-RTK通过更多的数据输入,建立了更多的模型来实现快速收敛和高精度。
通过下面这个表格,我们可以更清晰看出这几项技术之间的区别:
高精度定位技术对比
除此以外,PPP技术还有一些技术上的“天然优势“:
1、保护用户隐私
传统的RTK技术需要车辆用户上传自身的概略位置后,才可获取到服务端播发的改正数数据。而PPP-RTK服务用户无需上传自身的概略位置,即可获得服务的改正数,隐私保护更安全。
2、不依赖单个基准站
单个基站或者少数基站短时间离线的情况不可避免。PPP服务在遇到这种情况时,也不会对定位性能产生显著影响。对高阶辅助驾驶而言,服务的稳定性和可用性有了更高的保障。
3、播发方式多
PPP的各类增强改正信息可以通过L-Band频段进行广播播发。这意味着,在通信中断、网络受限、地面差分不可达等极端应用场景下,PPP仍能为用户终端提供连续、可靠的高精度定位服务能力。
█ 卫星定位技术的产业化
如今,随着市场需求的持续增长,越来越多的企业开始进入这个领域,推出基于RTK、PPP、PPP-AR、PPP-RTK等技术的高精度定位解决方案。移远通信,就是重要参与者。
作为全球领先的物联网整体解决方案供应商,移远通信多年前就布局高精度卫星定位技术,率先推出支持多频多模GNSS的模组产品,并持续迭代升级至支持PPP-RTK全链路解算的产品。
这些GNSS模组具有高性能、高可靠性、高兼容性等特点,可以与IMU等导航算法相融合,满足复杂应用场景的需求。
移远通信车规GNSS模组
LG69T、LG690P、LG695P、LG660P、LG690TA等系列模组通过严格的可靠性测试,皆满足车规标准。在L2+级高阶辅助驾驶系统中实现量产上车,定位精度高,TTFF(首次定位时间)缩短至28s以内。
移远通信的LG69T模组搭载收费的PPP-RTK服务,成功在某车载项目落地。采用该模组的越野车,可实现厘米级高精度定位,在无信号的偏远山区、沙漠无人区,仍能输出高精度定位结果,探索最佳的越野路线。模组可全程记录高精度的行车轨迹,充分保障车辆和人员安全。
特别值得一提的是,除了产业研发之外,移远通信在服务和交付方面也有一套成熟的服务体系。
移远通信拥有遍布全球的当地销售和技术支持,能够为客户提供从方案设计、模组选型、算法适配到实车标定的全周期技术支持,完善的软硬件配套协助导入,满足各种产品和应用需求。
在交付能力方面,移远通信拥有独立的工厂产线,采用专业的管理标准,确保产品从研发到量产的高效协同与稳定供应,月产能可达百万级模组规模。
目前,移远通信GNSS模组已广泛应用于智能车载座舱导航、车位到车位的高阶辅助驾驶等领域,拥有大量交付案例,得到了市场的广泛认可。
█ 结语
目前,整个社会都在加速推进数字化转型。物理世界与数字世界的孪生映射,也正悄然从概念走向现实。
高精度卫星定位,正是这场虚实交融的时空基座。它如同一把“刻度尺”,在数字世界中精准锚定每一个物理实体的坐标。有了它,虚实交互才真正得以实现。
面向未来,高精度卫星定位技术仍将持续演进,实现更高的精度,更短的收敛时间,更强的环境鲁棒性,以及更广域的无缝覆盖能力。这不仅是参数指标的跃升,更是从“可用”到“可信”、从“单点精准”到“全场景可靠”的范式转变。
让我们共同见证定位技术创新革命的到来!
文章转载自微信公众号:鲜枣课堂