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高精度GNSS與標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS有何不同

lPCU_elecfans ? 來源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 2022-03-26 10:45 ? 次閱讀
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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李寧遠(yuǎn))GNSS已經(jīng)是大家很熟悉的一類定位系統(tǒng),GNSS系統(tǒng)的測(cè)量觀測(cè)時(shí)間短,還能提供三維坐標(biāo)。但是,也會(huì)有各種原因讓GNSS系統(tǒng)產(chǎn)生定位誤差,衛(wèi)星誤差、大氣誤差、多路徑誤差都會(huì)導(dǎo)致信號(hào)傳播時(shí)間計(jì)算有誤讓最后的定位產(chǎn)生誤差。這種定位誤差短則幾十米,長(zhǎng)則上百米都是有可能的。在GNSS中,有高精度GNSS和標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS之分,高精度GNSS隨著5G通信的普及和GNSS衛(wèi)星系統(tǒng)的增加,開始將定位誤差不斷縮小,并開始向大眾市場(chǎng)推開應(yīng)用。

高精度GNSS與標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS有何不同?

其實(shí)從根本上說,二者都是在相同的信號(hào)上工作。以GPS L1頻段的1.5GHz載波為例,在該載波上有一個(gè)調(diào)制的測(cè)距碼、偽隨機(jī)噪聲碼,標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS的接收機(jī)就是使用這個(gè)測(cè)距碼來確定距離。對(duì)于L1頻段的C/A碼來說,偽隨機(jī)噪聲碼每300公里重復(fù)一次,單個(gè)碼元的長(zhǎng)度在300米左右。因此接收器在標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS下,按照編碼1%到10%的范圍定位,其標(biāo)準(zhǔn)精度極限在幾米范圍內(nèi),這還要考慮到冷噪聲等其他制約因素。

高精度GNSS與標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS有何不同

(圖源:WikimediaCommons Public Domain)

高精度GNSS就是在基于編碼的標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS基礎(chǔ)上進(jìn)一步推動(dòng)這個(gè)精度極限,高精度GNSS秘訣在于不使用偽隨機(jī)噪聲碼,而是利用載波本身。仍以L1的C/A為例,該載波的波長(zhǎng)很短只有20厘米左右,這意味著在20厘米內(nèi)以10%的精度定位,可以實(shí)現(xiàn)2厘米的定位精度。這類似于在測(cè)量距離時(shí)我們采用更精細(xì)的刻度標(biāo)準(zhǔn)。

亞米級(jí)精度實(shí)現(xiàn)——5G RTK與高精度GNSS融合

高精度GNSS可以實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)范圍內(nèi)高精度定位,在室外環(huán)境中實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法之一是通過5G中RTK與高精度GNSS技術(shù)的融合。

GNSS定位里差分定位是一個(gè)很經(jīng)典的辦法,通過已知精確坐標(biāo)的基準(zhǔn)站提前計(jì)算誤差,然后將誤差帶入定位計(jì)算中達(dá)到消除誤差的效果。這種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)在5G通信的加持下,可以根據(jù)校正數(shù)據(jù)流去除錯(cuò)誤源。校正數(shù)據(jù)流的困難隨著移動(dòng)通信向著5G發(fā)展依靠更快的移動(dòng)通信和更高的帶寬能力逐步得到了解決,校正數(shù)據(jù)流直接在單播放或者5G廣播協(xié)議上直接得到解決,可以說是最流行的OSR應(yīng)用,不僅加快收斂時(shí)間,還具有良好的精度。

高精度GNSS與標(biāo)準(zhǔn)精度GNSS有何不同

(圖源:R&S)

當(dāng)然這種技術(shù)也不是沒有缺點(diǎn),RTK激素和基線很短,需要在靠近參考站的地方使用,范圍大概在20公里。這會(huì)在某種程度上限制RTK的應(yīng)用。另外,如果是動(dòng)態(tài)定位,RTK技術(shù)還需要進(jìn)行區(qū)域性的切換。

高精度GNSS開始進(jìn)入大眾市場(chǎng)

高精度GNSS此前難以進(jìn)入大眾市場(chǎng)有很多原因。首先以載波為刻度的問題在于載波是符號(hào)波,符號(hào)波都是相似的同時(shí)每20厘米重復(fù)一次,重復(fù)性帶來了遠(yuǎn)超編碼每300公里才重復(fù)一次的模糊性。我們可以確認(rèn)目標(biāo)在這20厘米內(nèi)的位置,但是沒法確定目標(biāo)和衛(wèi)星之間隔了多少個(gè)20厘米。解決這一問題,必須要衛(wèi)星夠多,頻率夠多。

這個(gè)解決辦法聽起來其實(shí)很老套,衛(wèi)星夠多,頻率夠多,分辨率自然就高起來了。但實(shí)現(xiàn)這一效果需要的校正數(shù)據(jù)流成本以及對(duì)計(jì)算性能的要求在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間里不適應(yīng)消費(fèi)級(jí)的應(yīng)用。而且,高精度GNSS必須要衛(wèi)星持續(xù)觀測(cè)才有效,一旦目標(biāo)短暫丟失GNSS開始重新收斂定位,收斂過程如果過長(zhǎng)會(huì)影響高精度GNSS在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中的使用。

但隨著5G技術(shù)發(fā)展與GNSS星座的增加,這些限制高精度GNSS普及的難題已經(jīng)一一得到了解決。如上面所說,連續(xù)校正數(shù)據(jù)流的困難隨著移動(dòng)通信向著5G發(fā)展得到了解決,校正數(shù)據(jù)提供商為了推廣大眾市場(chǎng),每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)成本也正在下降。

高精度GNSS鋪開全面應(yīng)用最重要的一點(diǎn)離不開現(xiàn)在可用的GNSS星座數(shù)量以及民用信號(hào)頻段的不斷增加,這意味著高精度GNSS的模糊性問題可以快速地解決。目前很多GNSS模塊廠商推出的GNSS IC中還內(nèi)置了里程表和陀螺儀,補(bǔ)足高精度GNSS在丟失觀測(cè)目標(biāo)后的定位,讓動(dòng)態(tài)目標(biāo)的位置不再丟失。這也從另一方面加快了重新定位的收斂時(shí)間,在汽車這樣的動(dòng)態(tài)定位里高精度GNSS技術(shù)的應(yīng)用也不再受到限制。

原文標(biāo)題:高精度GNSS進(jìn)入大眾市場(chǎng),與5G開始融合

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審核編輯:湯梓紅

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原文標(biāo)題:高精度GNSS進(jìn)入大眾市場(chǎng),與5G開始融合

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