No.1
前言
具有全球?qū)Ш蕉ㄎ荒芰Φ男l(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)稱為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，英文全稱為Global Navigation Satellite System，簡稱為GNSS。泛指所有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，包括全球的、區(qū)域的和增強(qiáng)的，如美國的GPS、俄羅斯的Glonass、歐洲的Galileo、中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以及相關(guān)的增強(qiáng)系統(tǒng)，如美國的WAAS（廣域增強(qiáng)系統(tǒng)）、歐洲的EGNOS（歐洲靜地導(dǎo)航重疊系統(tǒng)）和日本的MSAS（多功能運(yùn)輸衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng)）等，還涵蓋在建和以后要建設(shè)的其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。國際GNSS系統(tǒng)是個多系統(tǒng)、多層面、多模式的復(fù)雜組合系統(tǒng)。使用多星座 GNSS 接收器的優(yōu)勢在于：更好地提供定位、導(dǎo)航、定時 (PNT) 信號，提高準(zhǔn)確性、完整性并改善應(yīng)用的穩(wěn)健性。
但是，多星座接收器開發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜、耗時的工作，其中包括：優(yōu)化L波段天線；設(shè)計射頻 (RF) 前端；整合基帶信號處理算法以獲取、跟蹤和應(yīng)用各種 PNT 信號的修正；對應(yīng)用的處理軟件進(jìn)行編碼，以便從基帶的每個通道提取 PNT 數(shù)據(jù)并使用這些信息實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。設(shè)計者還必須選擇合適的天線并將其正確放置。
設(shè)計者可以轉(zhuǎn)向預(yù)制型 GNSS 模塊和開發(fā)環(huán)境，快速有效地將定位功能集成到系統(tǒng)中。這種 GNSS 模塊包括射頻前端、基帶處理和嵌入式固件，有些 GNSS 模塊還包括天線。以便加快應(yīng)用處理軟件的開發(fā)。
No.2
什么是 GNSS 和 PNT？
GNSS 和 PNT 是密切相關(guān)的概念。GNSS 衛(wèi)星是 PNT 信號的最常見來源。GNSS 衛(wèi)星本質(zhì)上是高度精確的同步時鐘，不斷廣播其PNT 信息。GNSS 模塊接收來自特定衛(wèi)星的 PNT 信號并計算其與該衛(wèi)星的距離。當(dāng)接收器知道與至少四顆衛(wèi)星的距離時，就可以估計其本身的位置。然而，位置估計的準(zhǔn)確性受到各種誤差源的影響，具體包括：
?GNSS衛(wèi)星中計時電路的時鐘漂移
?預(yù)測 GNSS 衛(wèi)星準(zhǔn)確軌道位置的 誤差
?整個衛(wèi)星設(shè)備相對于其他衛(wèi)星的一般性能漂移，也就是所謂的衛(wèi)星偏移
?信號在通過電離層和對流層時發(fā)生失真和延遲。
?多路徑反射和接收器中的可變性能和漂移
目前，設(shè)計者可以采用各種不同技術(shù)校正基于衛(wèi)星和大氣的 GNSS 誤差。
No.3
提高 GNSS 性能
把源自 GNSS 接收器的誤差影響降至最低的最佳方法是：使用適合特定應(yīng)用的成本和尺寸限制的最高性能接收器。但是，即使是高性能的接收器也不是完美的；在很大程度上其性能還可提升。了解這些校正方法非常重要，因?yàn)檫@些方法會帶來不同的性能，而且有些 GNSS 模塊不能使用所有的校正方法。
有幾種 GNSS 校正方法采用了地面參考基站（圖 1）。實(shí)時運(yùn)動學(xué) (RTK) 和精密單點(diǎn)定位 (PPP) 是采用地面參考基站對 GNSS 進(jìn)行校正的最成熟方法。近來又出現(xiàn)了 RTK-PPP 混合方法。
圖 1：GNSS 用戶接收器可以從參考網(wǎng)絡(luò)中獲取大氣、時鐘和軌道誤差信息，以提高定位精度。（圖片來源：Septentrio）
RTK 依靠單一基站或本地參考網(wǎng)絡(luò)獲得校正數(shù)據(jù)，可以消除大部分的 GNSS 誤差。RTK 假定基站和接收器的位置很近——最多相距 40 公里或 25 英里，因此基站和接收器遇到的誤差相同。后處理運(yùn)動學(xué) (PPK) 是 RTK 的一個變種技術(shù)，被廣泛用于測繪，以獲得高精度定位數(shù)據(jù)或厘米級精度。
只有軌道和衛(wèi)星時鐘誤差被用來進(jìn)行 PPP 校正。這些誤差是衛(wèi)星特有的誤差，與用戶位置無關(guān)，這就限制了所需參考基站的數(shù)量。然而，PPP 沒有考慮與大氣有關(guān)的誤差，因此相對于 RTK 來說精度較低。此外，PPP 校正的初始化時間可能達(dá)到 20 分鐘左右。較長的初始化時間和較低的精度使 PPP 技術(shù)在許多應(yīng)用中無法使用。
對于那些要求接近 RTK 精度和快速初始化時間的應(yīng)用來說，通常采用最新的 GNSS 校正服務(wù)，即 RTK-PPP（有時稱為狀態(tài)空間表示法 (SSR) ）。這種技術(shù)采用一個參考網(wǎng)絡(luò)，其基站間隔約為 100 km（65 英里），收集 GNSS 數(shù)據(jù)并計算衛(wèi)星和大氣的綜合校正值。參考網(wǎng)絡(luò)使用互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星或移動電話網(wǎng)絡(luò)向用戶發(fā)送校正數(shù)據(jù)。使用 RTK-PPP 的 GNSS 接收器能夠達(dá)到亞厘米級精度。在選擇使用 RTK、PPP 和 RTK-PPP 校正方法時會涉及到一系列的設(shè)計權(quán)衡，開發(fā)者需要進(jìn)行審核，以選出適合具體應(yīng)用情況的最佳解決方案。（圖 2）。
圖 2：三種常見 GNSS 校正方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
衛(wèi)星增強(qiáng)系統(tǒng) (SBAS) 正開始在區(qū)域范圍內(nèi)得以運(yùn)用，以取代 RTK、PPP 和 RTK-PPP 的地面基站校正方法。SBAS 仍然使用地面站來測量 GNSS 誤差，但這些地面站分布在各個洲。測量的誤差在某個中心位置進(jìn)行處理，在那里計算出校正值并傳送到所覆蓋地區(qū)的地球同步衛(wèi)星。校正數(shù)據(jù)從衛(wèi)星上播出，作為原始 GNSS 數(shù)據(jù)的疊加或增加。
GNSS 的精度取決于衛(wèi)星測量和相關(guān)校正值的可用性和精度。高性能 GNSS 接收器在多個頻率下跟蹤 GNSS 信號，并使用多個 GNSS 星座和各種校正方法來提供所需的精度和恢復(fù)能力。由此產(chǎn)生的冗余可使性能穩(wěn)定，即使有些衛(wèi)星測量和數(shù)據(jù)遇到干擾時也是如此。設(shè)計者可以從各種 GNSS 精度和冗余能力中進(jìn)行選擇（圖 3）。
圖 3：GNSS 精度等級與相應(yīng)的校正方法和選定的應(yīng)用。
No.4
GNSS 模塊：集成天線與外部天線
由于多星座定位的復(fù)雜性，采用供應(yīng)商提供的各種模塊有助于加快產(chǎn)品上市，降低成本并確保性能。也就是說，設(shè)計者需要考慮使用內(nèi)部天線還是選擇位于 GNSS 模塊外部的天線。對于那些需要優(yōu)先考慮上市時間和成本的應(yīng)用來說，集成天線可能是更好的選擇，因?yàn)檫@種天線所涉及的工程量要小得多。對于需要 FCC 或 CE 認(rèn)證的應(yīng)用，使用帶集成天線的模塊也能加快認(rèn)證過程。然而，這樣會增加解決方案的尺寸，而且集成天線解決方案的靈活性有限。
外部天線為設(shè)計者提供了更多的性能和布局選擇。設(shè)計者可選擇大型高性能天線或者較小的低性能天線。此外，相對于 GNSS 模塊的位置，天線的放置更加靈活，這將進(jìn)一步提高設(shè)計靈活性。由于放置靈活，因此外部天線可確保 GNSS 可靠工作。然而，天線放置和連接布線既復(fù)雜又耗時，需要特殊的專業(yè)知識，這可能會增加成本并延緩上市時間。
No.5
總結(jié)
實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、可靠定位功能的最好方法是使用多個星座及相關(guān)的校正技術(shù)支持。這些都是復(fù)雜的系統(tǒng)，但設(shè)計者可以求助于預(yù)制型 GNSS 模塊、相關(guān)的開發(fā)套件和環(huán)境，快速有效地比較各種選項(xiàng)并實(shí)施基于位置的功能和服務(wù)。
No.6
相關(guān)方案推薦
基于NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)與車載 GPS+北斗電動車定位追蹤器方案
查看方案詳情>>
GPS+BDS雙模式定位追蹤器方案
查看方案詳情>>
來源：我愛方案網(wǎng) 鏈接：https://www.52solution.com/
