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18 Sep 2023

不,双频GPS并不能取代推算导航(重制版)

双频GPS可优化城市环境中的定位精度,而推算导航技术则带来了更多优势

 

dual-band gnss complements dead reckoning

颇具讽刺意味的是,基于GPS的解决方案恰恰在应用最广泛的场所——城市环境中——面临最大的挑战。 在最佳情况下,密集的城市峡谷、地下通道、隧道、建筑遮蔽区以及室内停车场会短暂地降低全球导航卫星系统(GNSS)的信号质量和定位精度。在最坏的情况下,这些环境会完全中断服务,这可能会给那些依赖精确定位来追踪车队、优化运营与维护以及管理计费的企业带来困扰。 

目前有多种解决方案有助于减少异常值,从而提供更稳定的性能——但在特定条件下才有效。例如,能够追踪多个卫星星座的GNSS接收机,即使只有一小部分天空视野不受阻挡,也能在任何给定时刻增加视线范围内卫星的数量。 虽然这降低了因信号过少而无法计算位置估计值的概率,但由GNSS信号在到达接收机前从建筑立面反射所引起的“多径效应”,仍然是一个值得关注的问题。

双频GNSS技术正蓬勃发展

双频GNSS技术通过追踪在到达接收机时路径不同的频率带信号,有助于减轻这些多径效应。多频段定位解决方案(如L1/L5 GPS接收机)已取得显著发展,并将提升城市环境中的定位性能。 不过,要获取来自客户和终端用户的可靠数据以评估其整体效益,仍需一定时间。在此期间,值得指出的是,推算导航如何有助于解决上述许多城市定位挑战。

惯性传感的三大独特优势

推算导航解决方案以独特的方式克服了其中一些挑战,通过利用嵌入在GNSS接收机模块中的惯性传感器,以及在条件允许时结合车辆车轮转速传感器的额外数据,在典型的城市环境中提高了定位精度。

该技术通过整合惯性传感器数据与考虑车辆所有可能运动的动态模型,从而消除由多径效应或信号环境较差导致的定位误差。 

但推算导航还更进一步。以下是推算导航为车队管理解决方案带来的三大价值。 

1. 弥补信号中断

微弱的 GNSS 信号甚至无法穿透薄而不透明的结构。因此,室内停车场、隧道甚至地下通道通常会导致 GNSS 服务完全中断。

即使在没有 GNSS 信号的情况下,基于 IMU 的定位仍能持续运行,提供一种互补的位置信息来源,从而弥补卫星信号覆盖的空白。 

2. 增强抗干扰与抗欺骗能力

除了增强定位服务的覆盖范围外,推算导航解决方案所依赖的惯性传感器还能增强对两种最常见的GNSS接收机干扰手段——干扰和欺骗——的抗干扰能力。

例如,黑客可以通过发射高强度的射频噪声来干扰其运行。 

此外,他们还可以通过发送虚假的 GNSS 信号对接收机进行欺骗,使其报告错误的位置。在这些情况下,惯性传感器提供了一个宝贵的补充数据源:当信号受到干扰时,它能维持定位服务;当信号被欺骗时,它能检测到 GNSS 与 IMU 输出之间的差异。

 3. 避免 GNSS 信号质量的短期下降

GNSS 接收机(即使是 L1/L5 GPS 接收机)往往在卫星信号质量欠佳的情况下工作,无论是因为附近蜂窝调制解调器造成的射频干扰,还是树木和建筑物等物理障碍所致。 在这种情况下,基于惯性传感器的定位技术可以对GNSS接收机的位置估计值进行修正,从而确保暂时较差的信号质量不会直接导致位置报告出现偏差。

为车队管理提供有价值的数据

推算导航解决方案还可以提供有价值的 惯性传感器原始数据,车队管理人员和车辆保险公司可以利用这些数据获取以前难以获取的信息。

这些信息包括利用“运动唤醒”功能检测盗窃或发现停放车辆的轻微碰撞,以及帮助保险公司减少与不合理索赔相关的费用。 

此外,该技术还可用于评估驾驶员行为,从而可能使拥有谨慎驾驶员的公司获得更低的保险费率,而那些存在鲁莽驾驶习惯的公司则面临更高的费率。  

推算导航是一种互补(而非竞争)的解决方案

双频和推算导航解决方案正在快速演进。 一方面,双频定位解决方案易于实施,因为它们只需要一个双频 GNSS 接收机和天线。此外,与之前的接收机相比,最新一代的双频接收机(如 L1/L5 GPS 接收机)应能显著提高在多路径干扰严重的城市区域内的定位性能。

另一方面,推算导航技术不仅能提高城市地区的定位精度,还能将定位服务范围扩展到GNSS信号无法覆盖的区域,增强对干扰和欺骗攻击的抗干扰能力,并为车队管理和车险公司提供新的功能。 

最终,我们将见证行业向更先进的解决方案和大众市场应用的转变,这些方案不仅能提升定位性能,还能将其应用范围扩展到日益增多的环境中。从长远来看,多频段 GNSS 与推算导航技术的融合无疑将提高城市中 GNSS 定位的可靠性。

在此期间,欢迎进一步了解 u-blox 的解决方案。u-blox NEO-F10N 是一款双频 GNSS 定位模块,可在城市环境中提供米级精度并有效抑制多径效应。若要全面评估 u-blox F10 GNSS 的各项功能,您可以借助EVK-F10N开发套件。

u-blox NEO-M9V 接收机是一款单频段 GNSS 模块,提供无线和车载推算导航(UDR 和 ADR)功能,专为车队管理和微出行应用而设计。 使用EVK-M9DR评估套件测试该模块的功能,并将其性能推向极限。

如有疑问、需要技术支持或了解更多信息,请联系您的销售代表。我们期待您的垂询。

Mathias Vetter

标准精度 GNSS 产品战略部首席产品经理

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