Soluciones de posicionamiento de alta precisión | Soluciones de posicionamiento a nivel de centímetros | ¿Cuál es la precisión del posicionamiento GPS Beidou?

1. ¿Para qué escenarios se utiliza generalmente el posicionamiento de alta precisión?
Normalmente decimos que la precisión de posicionamiento del GPS Beidou, la estación base, WIFI y el posicionamiento en interiores es condicional.

La precisión de posicionamiento general del GPS Beidou es generalmente de unos 5 metros para una sola frecuencia. Esta precisión de 5 metros también es condicional y debe ser en un escenario abierto sin la obstrucción de edificios altos y árboles alrededor. Con la oclusión de edificios altos y árboles, la precisión de los localizadores ordinarios será de entre 20 y 50 metros. Incluso si se coloca quieto en un lugar, se producirá una deriva y la posición informada también cambiará. La distancia de deriva suele ser de varias decenas de metros. Suponiendo que no se considera el rendimiento del hardware GPS, la deriva estática es causada por cambios en las efemérides o una fuerte señal de refracción involucrada en el posicionamiento o por razones climáticas. Es uno de los problemas difíciles del posicionamiento del localizador GPS y debe filtrarse mediante software. El movimiento también producirá deriva (que puede denominarse deriva dinámica) y la probabilidad será mucho menor.

Los localizadores GPS de precisión ordinarios son suficientes en la mayoría de nuestros escenarios diarios, como el posicionamiento de teléfonos móviles, gestión de flotas, seguimiento de carga, posicionamiento de personal, posicionamiento de mascotas, posicionamiento de bicicletas compartidas, etc. Debido a que el posicionamiento es de 5 metros, 10 metros, básicamente estas cosas se pueden encontrar. Entonces, ¿de qué sirve el posicionamiento de alta precisión?

Aquí nos referimos al posicionamiento dentro de 1 metro, a nivel de centímetros y a nivel de milímetros, lo que se denomina posicionamiento de alta precisión.

Cuanto mayor sea la precisión de la conducción automática, mejor. El nivel en centímetros es imprescindible. ¿No puedes correr a otros carriles debido a la imposibilidad de localizar?

Hoy en día, muchas máquinas de automatización agrícola, como el arado y la cosecha, requieren un posicionamiento a nivel de centímetros. De lo contrario, la ruta de arado no será recta, la cosecha pisoteará los cultivos y la automatización no tendrá sentido.

Todos entendemos que los mapas topográficos y cartográficos deben colocarse con gran precisión.

La detección de deslizamientos de tierra y la realización de represas deben tener una precisión milimétrica.

También hay algunos elementos posicionados y colocados que requieren un posicionamiento y colocación de alta precisión, lo que ahorrará mucho espacio.

El popular rendimiento de formación de UAV también se logra mediante tecnología RTK de alta precisión; de lo contrario, fallará y la imagen no podrá dibujar lo que desee. Consulte el artículo "Principio de rendimiento de la formación de UAV | Análisis de las razones del fracaso de las actuaciones de drones | Aplicación RTK en actuaciones de drones. . . . . .

Por lo tanto, el posicionamiento de alta precisión tiene una amplia gama de necesidades rígidas en muchas industrias.

Entonces, ¿cómo lograr un posicionamiento de alta precisión?

Hay dos tipos principales de posicionamiento de alta precisión (posicionamiento de un solo punto y posicionamiento diferencial) y los métodos de implementación son muy diferentes.

2. Posicionamiento de alta precisión de un solo punto
(1) ¿Qué es el posicionamiento de un solo punto?
El posicionamiento de un solo punto es un método para determinar la posición de un receptor en función de los datos de observación de un receptor, es decir, posicionamiento diferencial sin utilizar una red. La precisión del posicionamiento de un solo punto en el modo ordinario de frecuencia única puede alcanzar unos 5 metros, y la precisión del modo de doble frecuencia puede alcanzar unos 2 metros. La precisión de posicionamiento de un solo punto multifrecuencia puede alcanzar aproximadamente 1,5 metros. Esta precisión sólo se puede lograr en un entorno abierto y sin obstáculos.
(2) Posicionamiento de alta precisión de un solo punto
Generalmente nos referimos al posicionamiento por debajo del nivel del medidor como posicionamiento de alta precisión. El posicionamiento de alta precisión de un solo punto es un posicionamiento de alta precisión sin el uso de métodos diferenciales.
(3) Implementación de hardware de posicionamiento de alta precisión de un solo punto
El posicionamiento de alta precisión de un solo punto tiene altos requisitos en el hardware del equipo, que incluye principalmente chips de posicionamiento, circuitos de adaptación de amplificación (LNA + SAW, etc.) y antenas GPS Beidou.
① Chip de posicionamiento y módulo de posicionamiento
Los fabricantes de chips de posicionamiento son principalmente ublox, MTK, Zhongkewei, Taidou, Huada y otros fabricantes. La precisión de posicionamiento proporcionada por el manual del producto del chip de posicionamiento GPS Beidou es generalmente el mejor efecto de posicionamiento obtenido por todo el producto de la máquina. Echemos un vistazo a los datos del manual principal del chip de posicionamiento de frecuencia única: los datos 8030 de ublox son CEP (50% de probabilidad) de 2 metros, y el AT6558 de Zhongkewei también es de 2 metros (CEP).

Según el chip de posicionamiento, agregue LNA, SAW, circuito coincidente, haga PCBA o agregue otros chips como DR y empaquetelo en un módulo, lo llamamos módulo de posicionamiento (módulo de posicionamiento). Para todo el fabricante de la máquina, el uso del módulo no necesita depurar el rendimiento de posicionamiento, conducción del chip, coincidencia, etc., lo que ahorra en gran medida el ciclo de investigación y desarrollo de todo el fabricante de la máquina (el costo de usar el módulo será mayor que el de usar el chip). Por lo tanto, muchos fabricantes de chips también producen módulos, y también hay algunas empresas especializadas en módulos, como Quectel, Guanghetong, SIMCOM, etc. Muchas de estas grandes empresas cotizan en bolsa con una fuerte capacidad de I + D. Los módulos que fabrican generalmente están certificados por ROSH, CE, FCC, etc., y la mayoría de ellos pueden resistir la prueba del mercado. Por ejemplo, el módulo GNSS de Quectel, como se muestra en la siguiente figura.

Vemos que la precisión de posicionamiento del módulo de doble frecuencia puede alcanzar 1 metro (CEP). Todos estos datos de prueba se prueban en un espacio abierto, estáticos durante mucho tiempo y utilizando el mejor entorno de hardware. Generalmente, los fabricantes de chips y módulos escribirán los datos más atractivos. Los datos obtenidos en el mejor entorno de pruebas y hardware, nuestros fabricantes de máquinas completas montadas en vehículos definitivamente no son tan buenos, porque nuestros equipos generalmente requieren un tamaño pequeño. Las antenas generalmente solo pueden usar antenas de cerámica comunes y son antenas integradas.

② Antena GPS Beidou

La antena también es un vínculo importante en el posicionamiento. Según se requiera fuente de alimentación, se puede dividir en antenas activas y pasivas. Las antenas activas son mejores que las pasivas debido a la amplificación LNA multinivel. Las antenas de frecuencia única/frecuencia dual/multifrecuencia se dividen según diferentes bandas de frecuencia. Según la dirección de polarización, se divide en polarización lineal (muchas de ellas utilizadas en teléfonos móviles), polarización circular (las señales de GPS están polarizadas circularmente y las antenas cerámicas que utilizamos están todas polarizadas circularmente), etc. También se clasifican según la forma y la industria, como antena cuadrifilar de hélice (antena cuadrifilar de hélice), antena de medición, antena de bobina de choque, etc. El rendimiento de la antena para topografía y cartografía general es el mejor.

Echemos un vistazo a la precisión de posicionamiento del equipo de posicionamiento GPS Beidou fabricado mediante antenas de medición basadas en multifrecuencia y multimodo:

El equipo es el i70II de China Test. Se puede ver que el posicionamiento de un solo punto, multimodo y multifrecuencia, utilizando la mejor antena, la precisión es de aproximadamente 1,5 metros. Este es básicamente el mejor rendimiento sin utilizar correcciones diferenciales u otras correcciones de red.

(4) tecnología de posicionamiento PPP

Para el posicionamiento de alta precisión de un solo punto, existe otra tecnología llamada PPP. La tecnología de posicionamiento de puntos precisos (PPP) utiliza un único receptor GNSS y utiliza las efemérides precisas proporcionadas por el Servicio GNSS Internacional (IGS). Y la diferencia de reloj del satélite, basada en observaciones de la fase de la portadora, puede lograr un posicionamiento de alta precisión desde milímetros hasta decímetros.

PPP generalmente obtiene datos de corrección a través de la red o satélite, y el posicionamiento de un solo punto es un método para obtener alta precisión en el mundo. Ya hay muchos proveedores de servicios en APP y básicamente a todos hay que cobrarles. En comparación con OSR (Corrección del dominio de observación de representación del espacio de observación) de RTK, PPP pertenece a SSR (Corrección del dominio de estado de representación del espacio de estados). Muchos proveedores de servicios pueden proporcionar un posicionamiento a nivel de centímetros en unos 30 segundos. Como el servicio PointPerfect de ublox (tecnología PPP-RTK).

3. Posicionamiento diferencial de alta precisión

(1) ¿Qué es el posicionamiento diferencial?

Posicionamiento diferencial (GPS diferencial DGPS): uno o más receptores GPS instalados en posiciones conocidas se utilizan como receptores de estación base, y la cantidad de corrección diferencial se calcula mediante la medición del receptor de la estación base de las señales de satélite GPS, y luego se calcula la corrección diferencial. La cantidad de corrección se transmite a los receptores de usuario ubicados en el rango de servicio diferencial, reduciendo o incluso eliminando errores de reloj satelital, errores de efemérides, errores ionosféricos y errores de proceso de pares, para mejorar la precisión de posicionamiento de los receptores de usuario.

(2) Clasificación del posicionamiento diferencial.
① Distinguir según los parámetros de destino enviados por la estación base para la corrección diferencial
De acuerdo con los diferentes parámetros de destino enviados por la estación base para la corrección diferencial, el GPS diferencial se puede dividir principalmente en diferencia de posición (los requisitos para el localizador deben ser consistentes con el algoritmo de la estación base y la constelación, por lo que es difícil de usar , y rara vez se usa), diferencia de pseudorango (RTD), la precisión puede alcanzar el nivel submétrico) y diferencia de fase de la portadora (RTK, la precisión puede alcanzar el nivel milimétrico, que ahora es la corriente principal).

Para conocer la introducción de RTK y RTD, consulte el artículo "Comparación de tecnología RTK y RTD para posicionamiento preciso GPS" de Dameng GPS Xiaobian para obtener más detalles.

Construir una estación base usted mismo puede ahorrar el costo de operar servicios diferenciales. Cuanto menor sea la distancia entre la estación base y el terminal de usuario, más preciso será el posicionamiento. Generalmente, el alcance efectivo es de 20 kilómetros.

Para lograr una cobertura más amplia, ahora ha surgido CORS (estación de referencia en funcionamiento continuo, estación de referencia en funcionamiento continuo), CORS ha establecido una enorme red de estaciones de referencia (actualmente, China Mobile ha construido más de 4400 estaciones de referencia, Qianxun más de 2800 estaciones de referencia, Tencent 2000 + estación base), y transmitir la información de calibración de estas estaciones base a través de Internet, los usuarios solo necesitan iniciar sesión en la cuenta (cargada) para obtener esta información y realizar la calibración. Debido a que hay más estaciones de referencia, también se ha mejorado la precisión y también se ha logrado la cobertura de las principales ciudades del país.

② Según la ubicación geográfica atendida por el sistema

El GPS diferencial generalmente se divide en tres categorías: área local, regional y área amplia según la ubicación geográfica atendida por el sistema, y ​​tienen diferentes longitudes de distancias de referencia.

Las descripciones anteriores se basan en la construcción de estaciones base en tierra, que tienen diferencias locales o regionales. También llamado sistema de aumento terrestre. Aunque la precisión de la mejora terrestre es alta, la cobertura es limitada. El objetivo de posicionamiento debe estar dentro de la cobertura de la señal de comunicación. En zonas de gran altitud, mar, desierto y montaña donde la señal de comunicación es difícil de cubrir, se forma un punto ciego de posicionamiento a gran escala. Por tanto, surgió la necesidad de mejoras basadas en estrellas.


El sistema que transmite datos diferenciales de los satélites se llama Satellite-Based Augmentation System (SBAS, Satellite-Based Augmentation System). Generalmente lo emiten los satélites GEO. En teoría, un satélite puede cubrir un tercio de la superficie terrestre. Este tipo de precisión será peor, pero con la mejora continua de la tecnología, ahora hay algunas que pueden tener una precisión de centímetros (el nivel de centímetros generalmente tarda mucho en converger, unos 20 minutos para estático, y el medidor dinámico El nivel es muy rápido), como StarFire de Estados Unidos, OmniStar en Estados Unidos, Veripos en el Reino Unido, QZSS en Japón, Chihiro Position en China y Chinese Accuracy. WAAS en Estados Unidos, EGNOS en Europa, MSAS en Japón y GAGAN en India, estos SBAS se utilizan principalmente para la aviación y son medidores dinámicos.

Puede consultar el artículo "Método de implementación técnica del posicionamiento GPS de alta precisión: sistema de mejora basado en tierra y sistema de mejora basado en satélites" compilado por Dameng GPS.

4. La precisión de posicionamiento de productos de primera calidad en topografía y cartografía, la precisión de posicionamiento de los teléfonos móviles y la precisión de posicionamiento de los localizadores ordinarios montados en vehículos.

Los siguientes son los productos de nivel topográfico y cartográfico T50 de Sinan, con 7 estrellas y 30 frecuencias, 1198 canales paralelos, compatibles con RTK, PPP, SBAS, con navegación inercial, y son básicamente productos de posicionamiento de alta precisión de primera línea. Podemos ver que la precisión de posicionamiento de un solo punto puede ser de aproximadamente 1 metro, la precisión diferencial basada en satélites SBAS también puede ser de aproximadamente 1 metro y la precisión RTK es de aproximadamente 8 mm.