Tech

|

08 Jan 2022

GNSS 接收机精度:缩小数据表与现实之间的差距

但是,为什么最初存在差距?下面介绍了一些重要原因,以及一个可进一步提高性能的新功能。

设想一下,您正在使用内置的最新一代多频段、多星座 GNSS 接收机为消费车辆设计面向大众市场的 OBD 加密狗。其数据表承诺具有两米 CEP68 定位精度,这意味着其 68% 的测量值在其真实位置的 2.0 米以内。您将接收机插入仪表盘下方,然后驾驶测试车辆去兜风,急于查看其报告的位置与谷歌地图上的道路的匹配程度。结果您看,事实并非如此。至少并非一直如此。您做错了什么?还是数据表在故意误导您?

为何我们使用理想测试场景进行测试
实际上,有一个理由说明数据表中的 GNSS 接收机的性能往往要好于其在实际应用中部署时的性能,而且这也没有什么可疑的。在我们评估自己的 GNSS 接收机时,我们会尽一切努力确保性能以及尤其是我们观察到的任何错误均归因于 GNSS 接收机本身。毕竟,您希望数据表中的值能够反映 GNSS 接收机的性能,并且不会受到次优测试条件的影响。

因此,为了避免任何污染影响,我们竭尽全力优化了整个实验设置。结果就是我们利用了理想测试场景。该场景远远优于具有内置 GNSS 接收机的商用车所能遇到的情况,更不用说在配备后装定位设备的车辆上。

为了确定我们在数据表中输入的值,我们记录并平均了在有利的天气条件下一天的静态位置读数值。尽管这显然不能代表最常见的 GNSS 使用场景,但它可以最准确地衡量接收机的性能。

此外,我们在道路上测试接收机的性能,以便在更动态的环境中评估其精度。在此类测试中,我们将优质的 GNSS 天线放置在汽车车顶中间的扁平且尺寸适当的接地板上,并且仅使用质量最好、衰减小的 RF 电缆将卫星信号中继到位于车辆内部的 GNSS 接收机。

通过此类高端设置,我们可以在各种城市和郊区环境中驾驶测试车辆数百甚至数千公里,以收集 GNSS 信号测量值,然后在实验室中对测量值进行分析并将其与利用非常高端(且昂贵)的 PVT 设置获得的“真实”读数进行比较。尽管我们设置中的任何缺陷仍可能污染我们向客户报告的精度值,但我们将尽一切力量在测试中消除缺陷。

实际应用中的诸多限制
让我们回到 OBD 加密狗这个话题。该加密狗极有可能使用增益有限的内置无源 GNSS 天线。显然,在实际操作中,加密狗根本不会是静态的。其标准级天线不会位于车辆顶部能够直接接收轨道卫星信号的位置,而是可能藏在仪表板下面的某个地方,迫使本来就很弱的卫星信号在被设备拾取之前需要先穿透额外的金属和塑料层(而且,可能还有厚厚的云层)。此外,由于成本限制,用于连接 GNSS 天线和接收机的布线不可能像我们在测试设置中使用的布线那样高端。

 

Good versus weak antenna position

既然您已经充分了解了为何期望 GNSS 接收机的实际性能与数据表中报告的性能相匹配是不现实的,您可能会想知道:鉴于您的产品在现实世界中受到的限制,您可以采取哪些措施来提高性能而又不会花费过大?我们非常重视该问题,这就是为什么我们会向 u-blox M9 GNSS 接收机平台添加一个新功能:弱信号补偿。

天线信号较弱的动态场景下的性能测试
为了评估我们最新一代标准精度(单频段)GNSS 接收机的性能,我们进行了一系列测试,通过将 GNSS 天线安装在车内的前排座椅之间,模拟了现实应用中常见的弱信号条件。

In-vehicle antenna with weak GNSS signal reception

在下表中,我们将其在精度和速度方面的性能与车顶天线的性能和数据表数据进行了比较。差异非常大(而且,由于统计上的偶然性,我们的动态定位精度实际上超过了数据表值)。

 数据表现实世界
 高端天线车内天线车顶天线
静态定位精度
(2D CEP68)
2 m  
动态定位精度
(2D CEP68)
 ~15 m~1.5 m
动态速度精度 
(2D CEP68)
0.05 m/s @  30 m/s,
农村,晴朗的天空
~0.8 m/s~0.1 m/s

 

然后,我们比较了“现实世界”场景的性能,该场景包括在瑞士苏黎世及其周围地区行驶,包括有无弱信号补偿的情况。然而,信号衰减几乎不会影响带有车顶天线的 GNSS 接收机的性能,无论是在城市还是在郊区均是如此。弱信号补偿可以显著提高使用带车内天线的 GNSS 接收机测得的定位和速度精度,如下表所示。

 车内天线车内天线,带
弱信号补偿
改进
动态定位精度
(2D CEP68)
~15 m~11 m> 25%
动态速度精度
(2D CEP68)
~0.8 m/s~0.5 m/s> 35%

 

进行同类比较(并提供额外益处)
希望这篇博客文章将有助于阐明在大多数现实情况下 GNSS 接收到的数据达不到数据表中报告的精度的原因。利用高端测试设置来验证接收机的精度是业界的标准做法。此做法不但不会造成误导,而且还可以让您在采购解决方案所需的硬件时进行同类比较。

通过将在实际情况下的定位和速度精度提高 25% 以上,u-blox M9 独特的弱信号补偿功能将帮助您将应用的性能贴近数据表值。若要了解有关弱信号补偿如何提高产品性能的更多信息,请联系离您最近的销售代表或现场应用工程师

Bernd Heidtmann

u-blox 标准精度 GNSS 产品战略部产品经理

Ivan Martinez Cortes

Application Engineer, u-blox

You might also be interested in