高精度定位與相關(guān)技術(shù)

隨著全球定位技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)精準(zhǔn)定位的需求也逐漸增加，GNSS技術(shù)已經(jīng)成為了自動(dòng)駕駛等許多關(guān)鍵領(lǐng)域的基礎(chǔ)，而伴隨著新興技術(shù)的出現(xiàn)與硬需求，GNSS的定位精度要求也越來(lái)越高，因此高精定位技術(shù)也越發(fā)重要。

一、關(guān)于GNSS與定位精度

1、GNSS技術(shù)發(fā)展

GNSS技術(shù)，即全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)，目前有美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo和中國(guó)的北斗，可以為全球用戶提供高精度的定位、導(dǎo)航和定時(shí)服務(wù)。GNSS系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量在不斷增加，目前已經(jīng)超過(guò)100顆。這意味著更多的衛(wèi)星可用于提供全球定位服務(wù)，從而提高了定位的精確性和覆蓋范圍。

2、不同技術(shù)的定位精度

最初的GNSS接收器主要依賴于獨(dú)立單頻測(cè)量，其定位精度在5-10米左右。這種技術(shù)僅使用衛(wèi)星的偽距數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算位置，精度有限。

在技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，多頻接收器開始廣泛使用，接收器能夠同時(shí)使用不同頻段的信號(hào)。這提高了信號(hào)的質(zhì)量和精度，并有助于減小定位誤差，其定位精度約在3-5m。

隨著GNSS技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，來(lái)越多的增強(qiáng)方法被應(yīng)用到GNSS技術(shù)中，如基于偽距的距離修正和誤差建模，允許對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的誤差進(jìn)行建模和校正，從而提高了定位精度。即通過(guò)糾正大氣延遲、鐘差、衛(wèi)星軌道誤差等因素，可以將位置精度提高到1-3米，可以實(shí)現(xiàn)在不同應(yīng)用領(lǐng)域中的高精度定位，包括民航、農(nóng)業(yè)、測(cè)繪等。

目前，GNSS技術(shù)已經(jīng)演進(jìn)到了能夠?qū)崿F(xiàn)高精度定位的階段，包括使用載波處理技術(shù)來(lái)處理衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)施更精確的誤差建模，以及采用RTK（實(shí)時(shí)差分定位）和PPP（精密點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）技術(shù)。使用這些方法，定位精度可以進(jìn)一步提高到小于1米，滿足了對(duì)精準(zhǔn)定位的高要求，如測(cè)繪、自動(dòng)駕駛汽車、無(wú)人機(jī)和精密農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的需求。

二、RTK、PPP與RTK-PPP技術(shù)

1、RTK技術(shù)

RTK（Real-Time Kinematic）技術(shù)基于兩個(gè)GNSS接收器，其中一個(gè)充當(dāng)基準(zhǔn)站，另一個(gè)作為流動(dòng)站?；鶞?zhǔn)站精確定位并連續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)記錄數(shù)據(jù)，而流動(dòng)站接收衛(wèi)星信號(hào)以定位自身，并從基準(zhǔn)站獲取包含校正數(shù)據(jù)的RTCM信息來(lái)通過(guò)差分運(yùn)算校正誤差。這一過(guò)程實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)的高精度三維實(shí)時(shí)定位，依賴于實(shí)時(shí)傳輸?shù)男Ｕ龜?shù)據(jù)，適用于測(cè)繪、建筑、農(nóng)業(yè)、無(wú)人機(jī)導(dǎo)航等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

RTK技術(shù)的主要特點(diǎn)是在實(shí)時(shí)中提供毫米級(jí)別的定位精度。RTK是基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的直接校正信息傳輸，因此可以解決衛(wèi)星、傳輸軌跡以及接收機(jī)本身的誤差問(wèn)題，但覆蓋區(qū)域小，并且精度隨著兩者之間的距離增加而降低。

2、PPP技術(shù)

PPP（Precise Point Positioning）技術(shù)是一種高精度的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）定位技術(shù)，它是一種廣域的部署方案，通過(guò)CPF解算衛(wèi)星誤差并傳輸給接收機(jī)做校正，允許用戶實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的三維位置精度，而無(wú)需依賴差分基站。與差分定位技術(shù)不同，PPP技術(shù)不需要在接收器和差分基站之間建立通信鏈接。用戶只需單獨(dú)的GNSS接收器和訪問(wèn)PPP校正數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)連接，即可進(jìn)行高精度定位。PPP技術(shù)適用于全球范圍，因?yàn)樗灰蕾囉谔囟ǖ乩韰^(qū)域內(nèi)的差分基站，只需有足夠的衛(wèi)星可見性即可進(jìn)行定位。但通常需要更長(zhǎng)收斂時(shí)間的衛(wèi)星信號(hào)觀測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度，因此對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)定位的應(yīng)用更為適用。

3、二者的對(duì)比

本質(zhì)上來(lái)講，這兩種技術(shù)都是在傳統(tǒng)GNSS定位的基礎(chǔ)上，使用增強(qiáng)技術(shù)來(lái)提高GNSS定位精度的，是在不同校正域上的延伸與實(shí)現(xiàn)。

4、PPP-RTK技術(shù)

在上述的介紹中可以發(fā)現(xiàn)，RTK技術(shù)與PPT技術(shù)各有優(yōu)劣——RTK定位時(shí)間快，但是覆蓋距離?。籔PP定位精度高，全球覆蓋，但是收斂時(shí)間慢，且部署成本較高。隨著需求和技術(shù)的發(fā)展，將PPP與RTK結(jié)合的技術(shù)（PPP-RTK）也出現(xiàn)了。

PPP-RTK是未來(lái)的主流與趨勢(shì)，PPP-RTK狀態(tài)域具備完好的服務(wù)優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)全覆蓋、高精度、收斂快的高精度GNSS定位技術(shù)。

其主要原理為使用全球基站確定衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星軌道誤差；使用區(qū)域基準(zhǔn)站對(duì)電離層誤差、對(duì)流層誤差等區(qū)域性誤差進(jìn)行了分析，建立整網(wǎng)的電離層延遲、對(duì)流層延遲等誤差模型；并將全球和區(qū)域的誤差產(chǎn)品發(fā)送給移動(dòng)終端進(jìn)行定位?？偟膩?lái)看，具有以下優(yōu)勢(shì)：

全國(guó)覆蓋
PPP-RTK僅需不超過(guò)1000基站即可實(shí)現(xiàn)全國(guó)覆蓋，極大減少基站建設(shè)的成本投入，提高服務(wù)覆蓋范圍。

單向播發(fā)
PPP-RTK采用單向廣播模式，更易實(shí)現(xiàn)海量用戶并發(fā)。同時(shí)，單向播發(fā)的服務(wù)模式能有效的保護(hù)用戶隱私。

連續(xù)性
PPP-RTK對(duì)各項(xiàng)誤差采用廣域統(tǒng)一建模，提供全國(guó)范圍內(nèi)的無(wú)縫連續(xù)定位服務(wù)。

完好性
PPP-RTK通過(guò)將GNSS各類誤差分別建模并提供給用戶，各類誤差相互獨(dú)立，可分別進(jìn)行完好性監(jiān)測(cè)并生成相應(yīng)的完好性產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)功能安全。

三、如何進(jìn)行高精度GNSS測(cè)試

可以看到近些年依托于GNSS的高精定位技術(shù)發(fā)展迅猛，大量的新技術(shù)，新應(yīng)用，新方向?qū)映霾桓F。如何在項(xiàng)目前期進(jìn)行相關(guān)算法、環(huán)境、項(xiàng)目與技術(shù)的測(cè)試與檢驗(yàn)，成為了一個(gè)重要的話題。

1、怎么樣的GNSS測(cè)試方法是好的測(cè)試？

（1）可重復(fù)性，可控性

進(jìn)行高精度的GNSS測(cè)試需要在可重現(xiàn)和可控的環(huán)境中對(duì)GNSS接收器進(jìn)行測(cè)試，特別是在項(xiàng)目的初期，當(dāng)有很多參數(shù)和特性還不清楚時(shí)。通過(guò)高效且準(zhǔn)確地控制測(cè)試場(chǎng)景和環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)精確的一致重復(fù)性測(cè)試，這對(duì)于項(xiàng)目的快速推進(jìn)和問(wèn)題的解決至關(guān)重要。

（2）可操作性

進(jìn)行GNSS測(cè)試需要能支持對(duì)于設(shè)備與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作，例如按照特定需求來(lái)設(shè)置制定的時(shí)間、地點(diǎn)信息，注入特定的“錯(cuò)誤”和相應(yīng)的校正數(shù)據(jù)等，用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行確定性驗(yàn)證與可預(yù)期的功能測(cè)試。

（3）HIL能力

伴隨著GNSS與定位導(dǎo)航產(chǎn)品的集成度越來(lái)越高，GNSS測(cè)試需要能夠接入現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)在環(huán)仿真，允許工程師近乎真實(shí)的模擬與測(cè)試應(yīng)用場(chǎng)景，以驗(yàn)證其性能和功能，減少潛在風(fēng)險(xiǎn)，加快產(chǎn)品開發(fā)，并提高系統(tǒng)質(zhì)量，因此要求測(cè)試能夠支持在組件或整車級(jí)別將系統(tǒng)作為“黑匣子”進(jìn)行測(cè)試。

（4）實(shí)時(shí)性

在測(cè)試GNSS時(shí)，尤其是應(yīng)用HIL仿真方式時(shí)，需要能夠使用來(lái)自實(shí)時(shí)GNSS的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)校正數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)的延遲越低，實(shí)施性越好，在自動(dòng)駕駛與高精定位行業(yè)的應(yīng)用是十分重要的，一方面有助于真實(shí)模擬極限情況下的決策與響應(yīng)能力，另一方面如果延遲太高，就會(huì)導(dǎo)致測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)與實(shí)際硬件的響應(yīng)之間存在差異，從而影響測(cè)試的準(zhǔn)確性。高延遲可能導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不可靠，甚至誤導(dǎo)性，因此需要盡量降低延遲以獲得可靠的HIL測(cè)試結(jié)果。

（5）性價(jià)比

由于高精GNSS測(cè)試需要對(duì)現(xiàn)有的測(cè)試方案做改進(jìn)，在面向新興應(yīng)用時(shí)都希望測(cè)試系統(tǒng)足夠高效，減少所需的時(shí)間和資源；此外，在面對(duì)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與方式有改變時(shí)，現(xiàn)有測(cè)試方案可以快速迭代、改變并無(wú)需花費(fèi)大量的成本。

2、測(cè)試方法

GNSS模擬器可以模擬接收機(jī)的接收口徑上的GNSS信號(hào)，模擬不同衛(wèi)星的信號(hào)(包括位置、速度、時(shí)間信息)，模擬誤差和干擾，如多徑效應(yīng)、大氣延遲等，實(shí)現(xiàn)近乎真實(shí)的場(chǎng)景模擬。

可以幫助用戶最大程度上高效快速的完成各階段測(cè)試：

① 在Tier1、Tier2或供應(yīng)商處進(jìn)行接收器開發(fā)驗(yàn)證，通過(guò)輻射或傳導(dǎo)方式對(duì)待測(cè)件的GNSS功能做實(shí)驗(yàn)室級(jí)別測(cè)試。

② ECU/TCU Tier1、汽車原始設(shè)備制造商（OEM）或移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行前期的ECU/TCU和整車的GNSS功能測(cè)試，結(jié)合基站模擬器完成對(duì)GNSS+5G的融合測(cè)試。

③ ECU/TCU Tier1和汽車原始設(shè)備制造商（OEM）進(jìn)行完全迫真的GNSS全面功能測(cè)試，完成結(jié)合5G，GEO網(wǎng)絡(luò)，RTK/PPP基站等的全面高精度GNSS定位測(cè)試，對(duì)RTK，PPP，RTK-PPP設(shè)備的功能與性能進(jìn)行完整的驗(yàn)證與測(cè)試。

四、徳思特解決方案

德思特自研GNSS模擬器GTS-P7基于Skydel仿真引擎，卓越的高精定位GNSS測(cè)試功能為上述挑戰(zhàn)提供了完整解決方案。

1、高精定位測(cè)試核心能力

（1）RTK 厘米級(jí)定位測(cè)試能力

創(chuàng)新的“MULTI”多實(shí)例架構(gòu)：利用創(chuàng)新性的“MULTI”多實(shí)例功能，用戶可在一臺(tái)GTS-P7上同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)完全獨(dú)立的仿真實(shí)例，一個(gè)模擬靜態(tài)基準(zhǔn)站，另一個(gè)模擬動(dòng)態(tài)流動(dòng)站。通過(guò)時(shí)間同步機(jī)制精確對(duì)齊，完美復(fù)現(xiàn)RTK技術(shù)的真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景。

多天線同步仿真：針對(duì)雙天線定向等應(yīng)用，單臺(tái)GTS-P7可同時(shí)輸出多路獨(dú)立射頻信號(hào)，分別模擬主天線、從天線的接收信號(hào)，完整支持航向角等姿態(tài)信息的驗(yàn)證。

全格式支持：完美兼容 RTCM3.3 標(biāo)準(zhǔn)，支持 1006、1033 及 MSM3/MSM7 全系列北斗 / GPS 等星座報(bào)文，支持 NTRIP 網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。

Skydel RTCM 插件：無(wú)需真實(shí)基站射頻信號(hào)，即可模擬基站差分?jǐn)?shù)據(jù)，支持串口 / NTRIP 兩種連接方式，一臺(tái)設(shè)備即可完成RTK 基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的仿真測(cè)試。

（2）卓越的HiL仿真能力

產(chǎn)品具備高性能硬件在環(huán)（HiL）仿真能力，提供高達(dá)1000Hz的仿真迭代率與低至5ms的超低延遲。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口，可與aiSim、dSPACE、IPG Carmaker、VTD等業(yè)界主流的HiL系統(tǒng)及場(chǎng)景仿真軟件實(shí)現(xiàn)高效率、低延遲的數(shù)據(jù)交互，為自動(dòng)駕駛、低空經(jīng)濟(jì)等前沿領(lǐng)域的高動(dòng)態(tài)、閉環(huán)測(cè)試提供可靠支撐。

（3）提供匹配各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化測(cè)試

GTS-P7與德思特AutoGNSS自動(dòng)化測(cè)試軟件原生集成，可高效執(zhí)行符合GB/T 45086.1-2024、GB 45672等定位導(dǎo)航領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化測(cè)試序列。該方案旨在提升測(cè)試效率與可重復(fù)性，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的流程全面覆蓋測(cè)試用例，從而確保產(chǎn)品驗(yàn)證的嚴(yán)謹(jǐn)性與一致性。

（4）靈活的軟件定義架構(gòu)（SDA）

GTS-P7采用先進(jìn)的軟件定義架構(gòu)（SDA），將功能實(shí)現(xiàn)與硬件平臺(tái)解耦。用戶可通過(guò)軟件授權(quán)的方式進(jìn)行功能升級(jí)與性能擴(kuò)展，在不變更硬件的條件下延長(zhǎng)設(shè)備生命周期。此外，產(chǎn)品提供全面、開放的API接口，原生支持Python、C#、C++等主流編程語(yǔ)言，便于用戶進(jìn)行深度二次開發(fā)或無(wú)縫集成至現(xiàn)有自動(dòng)化測(cè)試體系中。

2、高精定解決方案與標(biāo)桿案例

（1）汽車閉環(huán) HIL 測(cè)試方案

結(jié)合 RTK+HIL 技術(shù)，打造自動(dòng)駕駛域控制器、定位終端的全流程閉環(huán)測(cè)試方案，詳解 CANoe 遠(yuǎn)程控制 Skydel 的實(shí)操流程:

（2）無(wú)人機(jī)高精定位測(cè)試方案

針對(duì)無(wú)人機(jī)單機(jī)定位、編隊(duì)飛行、避障等需求，結(jié)合多實(shí)例、IMU 慣導(dǎo)、RTK 技術(shù)，打造從基礎(chǔ)定位到多機(jī)協(xié)同的全場(chǎng)景測(cè)試方案，驗(yàn)證無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下的定位精度與連續(xù)性。

（3）戶外機(jī)器人高精定位仿真測(cè)試方案

適配配送機(jī)器人、巡檢機(jī)器人等戶外場(chǎng)景，模擬城市道路、園區(qū)、野外等多種環(huán)境，測(cè)試機(jī)器人在動(dòng)態(tài)、遮擋、干擾場(chǎng)景下的定位與導(dǎo)航能力。

審核編輯 黃宇