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移远百科|GNSS定位技术知多少?

2020-06-03 09:11
C114通信网
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提起定位,大家首先想到的就是GNSS(全球卫星导航系统)定位,这是一种被普遍认可、广泛接受的追踪定位技术,可以对人员、动物、资产、车辆等进行追踪定位,并提供有关航向、速度、日期、时间等数据。据GSA数据推测,2020年全球GNSS设备数量将达到80亿部(至少每人一台),这些设备为人们的安全出行、工作和生活带来极大便利。

▲GNSS卫星定位技术迭代图

从单系统单频段到多系统多频段

GNSS(Global Navigation Satellite System)并不特指某个单一的卫星系统,而是多个卫星系统的总称。用户设备通过接收卫星提供的经纬度坐标信息来定位。

美国GPS系统是全球第一个卫星导航系统,也是现阶段应用最为广泛、技术最为成熟的卫星定位技术。最初的定位模组只支持GPS系统,属于单系统单频模组。由于单一GPS系统在局部地区、部分时段或信号有遮挡、干扰时会出现可见卫星数过少(<4颗)的情况,导致无法正常定位。随着各国与地区对卫星导航系统的肯定,相继投资建设自己的卫星导航系统,多系统模组随之产生,也被称为多模模组或GNSS模组。

在相同的外界环境基础上,多系统模组能够捕获来自不同卫星系统的卫星,使得有效卫星数大幅度提升,从而提高定位的精度和稳定性。

随着卫星导航系统的发展,最初的GPS L1C/A信号逐渐无法满足用户的定位导航授时需求,美国宣布对GPS现代化,增加了第二民用信号L2C和第三民用信号L5等。GNSS定位模组也开始接收各卫星系统的不同频段信号。

由于定位模组周围环境的影响,使得模组所接收到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影响,这就是所谓的多路径效应。多频段技术可以有效抑制城市环境中的多路径效应,削弱大气层误差,提高定位精度。

多种定位技术融合,满足差异化高精度定位需求

GNSS技术能够在几米精度范围内知晓任何物体的绝对位置,毫不夸张的说,它为我们解决了很多难题。现在,从智能网联车、自动驾驶到无人机、机器人,导航应用对自动化需求不断提高,这亟需更高精度的定位解决方案。

GNSS & DR组合定位,实现持续导航

DR (Dead Reckoning),航位推测法,指的是在知道当前时刻位置的条件下,通过测量移动的位置和方位,推算下一时刻位置的方法。通过在设备上加装加速度传感器和陀螺仪传感器,DR算法可以自主确定定位信息,具有短时间内实现局部高精度定位的特点。

GNSS定位在遮挡环境、多路径较严重场景下效果较差,此时结合DR算法,就可以推测出下一秒或多秒内的定位结果。另外,GNSS数据更新频率通常为1Hz,不能满足高动态需求,而IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量单元)更新频率可达100Hz,借助组合,可以显著提高结果频率。但是,DR算法精准度随滤波深度增加而变差,所以需要GNSS对其进行实时纠偏,确保以实际数据不断地更新推测出的位置,达到最好的效果。

主要工作模式如下:

·上一点估算位置 + IMU数据→预测下一点位置;

·预测的位置 + GPS定位→更新当前位置;

·循环。

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