GNSS高精度定位将成为主流市场

　　Ublox定位产品中心产品线管理主任Peter Fairhurst作客《GPS World》栏目。撰写了这篇文章，这里进行翻译和介绍。

 

　　

 

　　新一代GNSS硬件和开拓性的新校正数据服务正在实现更便宜、更紧凑和真正可规模化扩展的高精度GNSS解决方案, 为大众市场做好准备。超过10多年的专业市场所采用的高精度GNSS案例，不适用于大众市场的自主车辆或其他主流使用。传统的高精度 GNSS应用系统设备，除了粗大、笨重和价格昂贵外, 还不能实现规模化扩展, 当你考虑到这种高精度能力可能很快就需要安装在每辆正在制造的汽车上时, 这就成为一个关键的缺点。

 

　　为了克服这些挑战, 我们看到了两个互补的东西正在推向市场: 新一代GNSS硬件, 以及新开拓的校正数据服务。这两个关键方面结合在一起, 实现了更便宜、更紧凑和真正可规模扩展的高精度GNSS解决方案, 为大众市场做好了准备。新一代GNSS校正数据服务放弃了用户设备与校正数据服务之间的双向链接, 这曾经是传统高精度GNSS校正的标志。新一代服务没有将每个设备发送自己的特定位置GNSS校正数据, 而是在其整个区域上创建了一个相关的误差实时模型。他们通过卫星和互联网广播, 让用户设备接收。将建模的GNSS误差数据传输给整个区域的接收机, 而不是与每个设备保持双向连接, 为高精度GNSS大规模的大众市场应用打开了大门。

 

　　1. 传统高精度定位的不足之处

 

　　长期以来, 校正数据一直是高精度服务的关键。在传统应用中, 用户的定位设备检测其大致位置, 并将此信息发送给其校正服务提供商。该提供商利用基站网络监测GNSS的误差, 将从卫星信号计算所得的读数与固定位置已知的观测站读数进行比较。它使用这些结果根据用户的位置发送用户量身定制的校正数据。

 

　　这项技术已成功地用于在测量、农业和机器控制方面的服务，提供厘米级的精度, 但每台设备每年的服务订购量有时超过1000美元, 这意味着它仍然局限于专门的应用市场。此外, 传统的校正数据服务通常只在一个区域, 甚至一个国家运作。虽然这在某些应用 (如本地化农业) 中可能不是问题, 但在其他用例中, 有限的工作范围成为其一个主要问题。例如, 想象一下, 你经常需要在你的 (半) 自主车辆中穿越州或国家边界, 或者在另一个国家进行远程无人机测量: 保持你的高精度定位能力很可能意味着要有漫游合同和其他额外费用。

 

　　这些传统服务的另一个问题是规模可拓展性。它们使用双向蜂窝通信在用户设备和校正数据提供者之间来回传递数据。虽然这在设备密度相对较低的情况下有效, 但如果最终用户设备数量增加到数千个，甚至数百万个试图访问校正数据服务提供者, 那么目前的蜂窝基础设施将很难提供所需的可靠性。特别是在对安全至关重要的应用中, 失去对校正数据服务的访问可能会危及生命, 这是不可被接受的。

 

　　2. 高精度定位的最新发展

 

　　新一代GNSS校正服务, 通过卫星和互联网在其整个地区创建和广播相关误差的实时模型, 为大规模的大众市场打开了高精度GNSS的应用大门。使用状态空间表示 (SSR) 的技术是这些新一代GNSS校正数据服务的一种风范。日本在全球导航卫星系统误差广播方面走在了前列, 利用其QZSS卫星网络的L6 信号作为该方法主流应用的基础。虽然它目前只在日本上线, 但厘米级的增强服务 (CLAS) 在汽车、农业和机器控制行业引起了广泛的兴趣。例如, 三菱电机利用 CLAS服务对其自动驾驶系统进行了现场测试。在中国, 千寻空间信息公司正在开创一种不同的技术。千寻没有用卫星广播数据方式, 而是利用其对中国GNSS参考基站的特殊访问, 推动使用移动通信技术突破可能界限。它为用户提供量身定制的校正数据服务, 包括个人、系统集成商和原始设备制造商 (OEM)。虽然该公司在中国取得了成功, 但这种方法对在全球范围内运输的原始设备制造商吸引力较小, 因为它要求他们的客户安排自己的本地GNSS校正数据。另一个重要的进展是多频段GNSS接收机的兴起, 这提高了单独定位的精度, 从而在各种使用情况下提供了更好的客户体验。然而, 即使是多频段接收机也无法达到移动机器人和自主车辆所需的厘米级精度，因为这些设备总是需要得到某种形式的校正服务的补充。

 

　　3. 洲际GNSS校正数据服务

 

　　特别是在欧洲，那里有很多跨境旅行和经济活动, 简单的全欧洲大陆GNSS校正服务将提供巨大的价值。例如，基于日本的经验教训，Bosch, Geo++, Mitsubishi Electric 和u-blox最近发起的联合企业Sapcorda，以期开创新一代洲际GNSS校正数据服务，覆盖范围包括欧洲和美国。Sapcorda将利用蜂窝网络在整个欧洲大陆广播, 而不是依靠卫星链接。用户不会与特定的GNSS制造商捆绑在一起。数据将以开放的格式分发, 以便设备制造商能够准确地创建用户想要的解决方案。在全大陆范围内获得GNSS校正服务，有可能将高精度定位转变为主流产品, 支持各种物联网应用以及无人机和 (半) 自主车辆应用。

 

　　4.应对其它的挑战

 

　　针对大众市场的高精度GNSS校正服务，仍然是相对较新的市场, 所以不同的供应商采用不同的商业模式。例如, 天宝公司的服务不使用开放的校正数据格式, 并且只与使用自己的GNSS接收器的设备兼容。这样做的好处是, 它可以提供无缝、完全集成的解决方案, 在 天宝产品范围内具有完全的互操作性 (前提是相关区域具有良好的覆盖范围)。拥有用户的OEM商，如果在地理区域上更加广泛, 需要权衡这一点, 以提供具有开放数据格式的一系列校正数据，以期获得提供全球覆盖的好处。

 

　　正如我们前面提到的, 在位置精度至关重要的安全关键应用中, 任何校正数据服务都必须能够胜任任务。这包括确保当蜂窝网络饱和时, 数据广播不会被挤出。为此, u-blox 一直在与3GPP 机构合作, 以创建适当的标准, 确保服务符合所需的服务级别协议。

 

　　最后, 尽管目前中国和日本的高精度校正服务都覆盖了全国, 但Sapcorda 现在正在尝试提供洲际的高精度服务。如果它是成功的, 它可以克服国界和基于国家的蜂窝供应商的挑战。目前尚不清楚现有的校正数据服务提供商将如何应对。

 

　　5. 用户的满意度是最为重要的

 

　　要使高精度GNSS服务取得主流成功, 它们不仅需要提供广泛的覆盖面和真正的开放, 而且必须促进创新, 并确保它们能够扩大这种能力的吸引力, 而不是特殊的专长。与任何行业一样, 如果技术要实现这一目标, 用户满意度至关重要的。由于区域边界、国家边界、相互冲突的条例或服务订阅而产生的复杂性必须受到保护, 不受最终用户影响, 并在上游加以处理。这种情况已经发生在一些领域, 设备制造商正在与校正数据服务提供商合作, 使他们能够将服务成本捆绑到最终用户支付的设备成本中。

 

　　6. 定位是一场革命

 

　　新一代高精度GNSS服务，除了有助于实现目前正在开发的一些自动化导航解决方案外, 还推动了整个行业的颠覆性转变。创新技术，高精度GNSS服务技术的兴起, 加上有望将高精度变为大众市场现实的商业模式, 意味着未来几年将是极其激动人心的。通过冲击现有市场, 新技术将意味着那些准备抓住这些机会的人，会有很多新的机会和挑战。