高精度GPS定位的技术实现方法--地基增强系统与星基增强系统

2018-06-30

通常来说,高精GPS定位是指定位精度优于1米的定位手段。目前,主要通过卫星导航系统和增强系统配合实现,增强系统主要有地基增强系统与星基增强系统二种。

但事实上,想要达到高精定位大范围应用的条件非常苛刻。现实条件下的定位精度,会受到定位方法、增强方法、接收信号强度以及用户数量等各种因素影响,往往定位的效果要么是不稳定不达标,要么就是成本太高难以实际使用。

实现卫星导航定位的主要方法

4颗卫星信号:精度10m

其实卫星导航基本原理用初中数学就可以解释,物体的空间坐标为(x,y,z)。为了解算三个未知数必须列三元方程组,而这一方程组就来源于三个卫星到物体的距离。因这其中包含时间相关误差,所以需引入第四颗卫星。

因此,当接收装置接收到4颗及以上导航卫星信号时,即可计算出其所在位置。这种定位方式精度可以达10m左右,在开阔地带可以精确到5米。

这里的接收装置既可以是专业接收器,也可以是安装了匹配芯片的智能手机。目前大部分智能手机中都装有GPS定位芯片。

地面基站:局域范围,精度2cm

可是,单纯的卫星导航定位精度(10m)对于大部分的行业应用和军用领域而言,还远远不够。

为了提高定位精度,人们通过在地面建立固定的参考站(CORS站)来获取卫星定位测量时的误差。进而将卫星定位坐标与自身精确坐标对比后的“改正数”结果,发送给接收机。

接收机在接收卫星信号的同时,如果还可以收到参考站广播的“改正数”,即可计算出更为精确的位置,这时的定位精度最高可达2厘米。(地基增强方式里面还细分RTK,RTD模式,RTK模式可以精确到2厘米,RTD模式可以精确到1米左右)。

星基增强:广域范围,精度厘米级

地基增强的精度虽然很高,但覆盖范围却有一定限制。定位目标必须处在通信信号覆盖的范围之内,但在通信信号难以覆盖的高空、海上、沙漠和山区,则形成了大范围的定位盲区。

而为了解决更大范围的高精定位需求,人们把从参考站获取到的改正参数上传至卫星,再通过卫星向全球播发。这样,用户终端不必再受到通信能力的限制。星基增强也是由此而来。

可以看出,星基增强是未来实现大范围高精定位的最佳路径之一。如何建设星基增强系统,已成为目前卫星导航技术攻关的最大热点。

格局变化凸显“星基增强”重要性

说了这么多,读者应该对“星基增强”的优势有了初步了解。那么为何“星基增强”这个技术名词突然被媒体推到了大众面前?

原来,过去高精定位的重要意义主要围绕军事及测绘等专业领域,局域差分基本可以满足需求。但随着无人驾驶、物联网等新兴行业的兴起,高精度定位的用户数量级将有飞跃式的提升。因此,星基增强系统的重要性也被凸显出来。

一方面,泰伯网此前引用专家观点称,未来想要实现L5阶段的无人驾驶,汽车除了要安装激光雷达等传感器外,还必须要具备厘米级的绝对定位能力。并且,面对潜在的数十亿级用户数,星基增强(广域差分)系统将会是无人驾驶的唯一选择。

另一方面,有报告显示截至2018年1月,我国卫星导航及北斗应用相关上市公司总数达58家,北斗应用在交通运输、精准农业、城市综合安防和智慧城市建设等主要细分市场的规模有望超过2万亿元。可以预见,高精定位在这些细分市场角色也必将举足轻重。

“中国精度”的落地之旅

对于星基增强,国内企业其实早有布局。“中国精度”(Atlas),作为国内首个星基增强服务系统,由合众思壮公司在2013年11月首先提出,并且于2015年正式对全球用户提供商业服务。

目前,“中国精度”系统已能够提供亚米级、分米级和厘米级三种不同精度层级的增强服务。测试结果显示,“中国精度”的系统定位精度、相对精度以及收敛时间等关键指标均可比肩国际同类商用服务系统。

中国新一代航天远洋测量船使用中国精度服务

目前“中国精度”已向著名农机公司克拉斯(CLAAS)、商业运输及建筑设备制造商沃尔沃(VOLVO)等世界知名企业提供商用服务。

在精准农业、地球物理调查、钻探、物探油气、地矿勘探等海洋应用领域和石油管线测量,江河航道测量等陆地测量应用领域,“中国精度”凭借较短的收敛时间、领先的定位性能和无需架设基站的灵活性,发挥了积极、重要的社会效用。

       千寻位置是全球领先的精准位置服务公司,提供高达动态厘米级和静态毫米级的定位能力,是IoT时代重要的基础设施之一。

      公司成立于2015年8月,由中国兵器工业集团和阿里巴巴集团共同发起成立。千寻位置基于北斗卫星系统(兼容GPS、GLONASS、Galileo)基础定位数据,利用遍及全国的超过2000个地基增强站及自主研发的定位算法,通过互联网技术进行大数据运算,为遍布全国的用户提供精准定位及延展服务。

     千寻是精确位置的服务商,我们GPS定位器生产商 可以利用千寻提供的服务,做出精确定位的解决方案。需要在AP的程序中加入千寻的SDK代码,在芯片方面要升级精确定位的GPS芯片(很多可以pin-pin兼容现有的芯片),当然要向千寻公司买精确定位的服务费用。

    千寻的精确定位现在支持到毫米级别,不过这个必须是静态的,而且每次需要1个小时才能输出结果。这个可以在预测沉降的场景中应用。


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