提起定位,大家首先想到的就是GNSS(全球衛星導航系統)定位,這是一種被普遍認可、廣泛接受的追蹤定位技術,可以對人員、動物、資產、車輛等進行追蹤定位,并提供有關航向、速度、日期、時間等數據。據GSA數據推測,2020年全球GNSS設備數量將達到80億部(至少每人一臺),這些設備為人們的安全出行、工作和生活帶來極大便利。
▲GNSS衛星定位技術迭代圖
從單系統單頻段到多系統多頻段
GNSS(Global Navigation Satellite System)并不特指某個單一的衛星系統,而是多個衛星系統的總稱。用戶設備通過接收衛星提供的經緯度坐標信息來定位。
美國GPS系統是全球第一個衛星導航系統,也是現階段應用最為廣泛、技術最為成熟的衛星定位技術。最初的定位模組只支持GPS系統,屬于單系統單頻模組。由于單一GPS系統在局部地區、部分時段或信號有遮擋、干擾時會出現可見衛星數過少(<4顆)的情況,導致無法正常定位。隨著各國與地區對衛星導航系統的肯定,相繼投資建設自己的衛星導航系統,多系統模組隨之產生,也被稱為多模模組或GNSS模組。
在相同的外界環境基礎上,多系統模組能夠捕獲來自不同衛星系統的衛星,使得有效衛星數大幅度提升,從而提高定位的精度和穩定性。
隨著衛星導航系統的發展,最初的GPS L1C/A信號逐漸無法滿足用戶的定位導航授時需求,美國宣布對GPS現代化,增加了第二民用信號L2C和第三民用信號L5等。GNSS定位模組也開始接收各衛星系統的不同頻段信號。
由于定位模組周圍環境的影響,使得模組所接收到的衛星信號中還包含有各種反射和折射信號的影響,這就是所謂的多路徑效應。多頻段技術可以有效抑制城市環境中的多路徑效應,削弱大氣層誤差,提高定位精度。
多種定位技術融合,滿足差異化高精度定位需求
GNSS技術能夠在幾米精度范圍內知曉任何物體的絕對位置,毫不夸張的說,它為我們解決了很多難題。現在,從智能網聯車、自動駕駛到無人機、機器人,導航應用對自動化需求不斷提高,這亟需更高精度的定位解決方案。
GNSS & DR組合定位,實現持續導航
DR (Dead Reckoning),航位推測法,指的是在知道當前時刻位置的條件下,通過測量移動的位置和方位,推算下一時刻位置的方法。通過在設備上加裝加速度傳感器和陀螺儀傳感器,DR算法可以自主確定定位信息,具有短時間內實現局部高精度定位的特點。
GNSS定位在遮擋環境、多路徑較嚴重場景下效果較差,此時結合DR算法,就可以推測出下一秒或多秒內的定位結果。另外,GNSS數據更新頻率通常為1Hz,不能滿足高動態需求,而IMU(Inertial Measurement Unit,慣性測量單元)更新頻率可達100Hz,借助組合,可以顯著提高結果頻率。但是,DR算法精準度隨濾波深度增加而變差,所以需要GNSS對其進行實時糾偏,確保以實際數據不斷地更新推測出的位置,達到最好的效果。
主要工作模式如下:
·上一點估算位置 + IMU數據→預測下一點位置;
·預測的位置 + GPS定位→更新當前位置;
·循環。
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