Soluções de posicionamento de alta precisão | Soluções de posicionamento centimétrico | Qual é a precisão do posicionamento GPS Beidou

1. Para quais cenários o posicionamento de alta precisão geralmente é usado?
Normalmente dizemos que a precisão do posicionamento do GPS Beidou, estação base, WIFI e posicionamento interno é condicional.

A precisão geral de posicionamento do GPS Beidou é geralmente de cerca de 5 metros para frequência única. Essa precisão de 5 metros também é condicional e deve ocorrer em uma cena aberta, sem obstrução de prédios altos e árvores ao redor. Com a oclusão de edifícios altos e árvores, a precisão dos localizadores comuns será de cerca de 20 a 50 metros. Mesmo que seja colocado parado no mesmo lugar, ocorrerá desvio e a posição informada também mudará. A distância de deriva costuma ser de várias dezenas de metros. Supondo que o desempenho do hardware GPS não seja considerado, a deriva estática é causada por mudanças nas efemérides ou por um forte sinal de refração envolvido no posicionamento ou por razões climáticas. É um dos problemas difíceis de posicionamento do localizador GPS e deve ser filtrado por software. O movimento também produzirá desvio (que pode ser chamado de desvio dinâmico) e a probabilidade será muito menor.

Os localizadores GPS de precisão comuns são suficientes na maioria dos nossos cenários diários, como posicionamento de telefones celulares, gerenciamento de frota, rastreamento de carga, posicionamento de pessoal, posicionamento de animais de estimação, posicionamento de bicicletas compartilhadas e assim por diante. Como o posicionamento é de 5 metros, 10 metros, basicamente essas coisas podem ser encontradas. Então, qual é a utilidade do posicionamento de alta precisão?

Aqui nos referimos ao posicionamento dentro de 1 metro, posicionamento em nível centimétrico e milimétrico, que é chamado de posicionamento de alta precisão.

Quanto maior for a precisão da condução automática, melhor. O nível centimétrico é obrigatório. Você não pode correr para outras pistas por causa da incapacidade de localização?

Hoje em dia, muitas máquinas de automação agrícola, como arar e colher, requerem posicionamento centimétrico. Caso contrário, a rota da aragem não será uma linha reta, a colheita atropelará as colheitas e a automação não terá sentido.

Todos nós entendemos que os mapas topográficos e cartográficos devem ser posicionados com alta precisão.

A detecção de deslizamentos de terra e a construção de barragens devem ter precisão milimétrica.

Existem também alguns itens posicionados e colocados, que requerem posicionamento e posicionamento de alta precisão, o que economizará muito espaço.

O popular desempenho de formação de UAV também é realizado pela tecnologia RTK de alta precisão, caso contrário, ele travará e a imagem não será capaz de desenhar o que você deseja. Consulte o artigo "Princípio de desempenho da formação de UAV | Análise das razões do fracasso nas performances dos drones | Aplicação RTK nas performances dos drones. . . . . .

Portanto, o posicionamento de alta precisão apresenta uma ampla gama de necessidades rígidas em muitos setores.

Então, como conseguir um posicionamento de alta precisão?

Existem dois tipos principais de posicionamento de alta precisão (posicionamento de ponto único e posicionamento diferencial), e os métodos de implementação são muito diferentes.

2. Posicionamento de alta precisão de ponto único
(1) O que é posicionamento de ponto único
O posicionamento de ponto único é um método de determinação da posição de um receptor com base nos dados de observação de um receptor, ou seja, posicionamento diferencial sem o uso de rede. A precisão do posicionamento de ponto único no modo comum de frequência única pode atingir cerca de 5 metros, e a precisão do modo de frequência dupla pode atingir cerca de 2 metros. A precisão de posicionamento de ponto único multifrequência pode atingir cerca de 1,5 metros. Essa precisão só pode ser alcançada em um ambiente aberto e desobstruído.
(2) Posicionamento de alta precisão de ponto único
Geralmente nos referimos ao posicionamento em nível submétrico como posicionamento de alta precisão. O posicionamento de alta precisão de ponto único é um posicionamento de alta precisão sem o uso de métodos diferenciais.
(3) Implementação de hardware de posicionamento de alta precisão de ponto único
O posicionamento de alta precisão de ponto único tem altos requisitos de hardware de equipamento, incluindo principalmente chips de posicionamento, circuitos de correspondência de amplificação (LNA + SAW, etc.) e antenas GPS Beidou.
① Chip de posicionamento e módulo de posicionamento
Os fabricantes de chips de posicionamento são principalmente Ublox, MTK, Zhongkewei, Taidou, Huada e outros fabricantes. A precisão de posicionamento fornecida pelo manual do produto do chip de posicionamento GPS Beidou é geralmente o melhor efeito de posicionamento obtido por todo o produto da máquina. Vejamos os dados do manual do chip de posicionamento de frequência única convencional: os dados 8030 da Ublox são CEP (50% de probabilidade) de 2 metros, e o AT6558 de Zhongkewei também tem 2 metros (CEP).

Com base no chip de posicionamento, adicione LNA, SAW, circuito correspondente, faça PCBA ou adicione outros chips, como DR, e empacote-o em um módulo, nós o chamamos de módulo de posicionamento (módulo de posicionamento). Para todo o fabricante da máquina, o uso do módulo não precisa depurar o desempenho da condução do chip de posicionamento, correspondência, etc., o que economiza muito o ciclo de pesquisa e desenvolvimento de todo o fabricante da máquina (o custo de uso do módulo será maior do que o uso do chip). Portanto, muitos fabricantes de chips também produzem módulos, e também existem algumas empresas especializadas em módulos, como Quectel, Guanghetong, SIMCOM, etc. Muitas dessas grandes empresas são empresas listadas com forte força de P&D. Os módulos que fabricam são geralmente certificados por ROSH, CE, FCC, etc., e a maioria deles pode resistir ao teste do mercado. Por exemplo, o módulo GNSS da Quectel, conforme mostrado na figura abaixo.

Vemos que a precisão de posicionamento do módulo de dupla frequência pode chegar a 1 metro (CEP). Esses dados de teste são todos testados em espaço aberto, estáticos por um longo tempo e usando o melhor ambiente de hardware. Geralmente, os fabricantes de chips e módulos gravam os dados com melhor aparência. Os dados obtidos no melhor hardware e ambiente de teste, nossos fabricantes de máquinas completas montadas em veículos definitivamente não são tão bons, porque nosso equipamento geralmente requer tamanho pequeno. As antenas geralmente só podem usar antenas de cerâmica comuns e são antenas embutidas.

② Antena GPS Beidou

A antena também é um elo importante no posicionamento. Dependendo da necessidade de alimentação, ela pode ser dividida em antenas ativas e passivas. Antenas ativas são melhores que antenas passivas devido à amplificação LNA multinível. As antenas de frequência única/dupla frequência/multifrequência são divididas de acordo com diferentes bandas de frequência. De acordo com a direção da polarização, ela é dividida em polarização linear (muitos usados ​​em telefones celulares), polarização circular (os sinais GPS são polarizados circularmente e as antenas cerâmicas que usamos são todas polarizadas circularmente) e assim por diante. Também são classificadas de acordo com a forma e a indústria, como Antena Quadrifilar Helix (Antena Quadrifilar Helix), antena de medição, antena choke coil, etc.

Vamos dar uma olhada na precisão de posicionamento do equipamento de posicionamento GPS Beidou feito medindo antenas baseadas em multifrequência e multimodo:

O equipamento é o i70II da China Test. Pode-se observar que o posicionamento de ponto único, multimodo e multifrequência, utilizando a melhor antena, a precisão é de cerca de 1,5 metros. Este é basicamente o melhor desempenho sem usar correções diferenciais ou outras correções de rede.

(4) Tecnologia de posicionamento PPP

Para posicionamento de alta precisão de ponto único, existe outra tecnologia chamada PPP. A tecnologia de posicionamento de ponto preciso (PPP) utiliza um único receptor GNSS e utiliza as efemérides precisas fornecidas pelo Serviço GNSS Internacional (IGS). E a diferença do relógio do satélite, com base nas observações da fase da portadora, pode alcançar um posicionamento de alta precisão de milímetros a decímetros.

O PPP geralmente obtém dados de correção através da rede ou satélite, e o posicionamento de ponto único é um método de obtenção de alta precisão no mundo. Já existem muitos prestadores de serviços em PPP e basicamente todos precisam ser cobrados. Comparado com o OSR (Correção de Domínio de Observação de Representação de Espaço de Observação) do RTK, o PPP pertence a SSR (Correção de Domínio de Estado de Representação de Espaço de Estado). Muitos provedores de serviços podem fornecer posicionamento em nível centimétrico em cerca de 30 segundos. Como o serviço PointPerfect da Ublox (tecnologia PPP-RTK).

3. Posicionamento diferencial de alta precisão

(1) O que é posicionamento diferencial

Posicionamento diferencial (GPS diferencial DGPS): Um ou mais receptores GPS instalados em posições conhecidas são usados ​​como receptores de estação base, e a quantidade de correção diferencial é calculada pela medição dos sinais de satélite GPS do receptor da estação base e, em seguida, a correção diferencial é calculada. A quantidade de correção é transmitida para receptores de usuário localizados na faixa de serviço diferencial, reduzindo ou mesmo eliminando erros de relógio de satélite, erros de efemérides, erros ionosféricos e erros de processo de par, de modo a melhorar a precisão de posicionamento dos receptores de usuário.

(2) Classificação do posicionamento diferencial
① Distinguir de acordo com os parâmetros alvo enviados pela estação base para correção diferencial
De acordo com os diferentes parâmetros alvo enviados pela estação base para correção diferencial, o GPS diferencial pode ser dividido principalmente em diferença de posição (os requisitos para o localizador devem ser consistentes com o algoritmo da estação base e da constelação, por isso é difícil de usar , e raramente é usado), diferença de pseudofaixa (RTD), a precisão pode atingir o nível submétrico) e a diferença de fase da portadora (RTK, a precisão pode atingir o nível milimétrico, que agora é o principal).

Para a introdução de RTK e RTD, consulte o artigo "Comparação de tecnologia RTK e RTD para posicionamento preciso de GPS" de Dameng GPS Xiaobian para obter detalhes.

Construir você mesmo uma estação base pode economizar o custo de operação de serviços diferenciais. Quanto menor for a distância entre a estação base e o terminal do usuário, mais preciso será o posicionamento. Geralmente, o alcance efetivo é de 20 quilômetros.

A fim de alcançar uma cobertura mais ampla, surgiu agora o CORS (Estação de Referência de Operação Contínua, Estação de Referência de Operação Contínua), o CORS estabeleceu uma enorme rede de estações de referência (atualmente, a China Mobile construiu mais de 4.400 estações de referência, Qianxun mais de 2.800 estações de referência, Tencent 2000 + estação base), e transmitir as informações de calibração dessas estações base através da Internet, os usuários só precisam fazer login na conta (cobrada) para obter essas informações e realizar a calibração. Por existirem mais estações de referência, a precisão também foi melhorada e a cobertura das principais cidades do país também foi alcançada.

② De acordo com a localização geográfica atendida pelo sistema

O GPS diferencial é geralmente dividido em três categorias: área local, regional e área ampla de acordo com a localização geográfica atendida pelo sistema, e possuem diferentes comprimentos de distâncias de linha de base.

As descrições acima baseiam-se na construção de estações base no terreno, que apresentam diferenças locais ou regionais. Também chamado de sistema de aumento baseado em solo. Embora a precisão do aprimoramento terrestre seja alta, a cobertura é limitada. O alvo de posicionamento deve estar dentro da cobertura do sinal de comunicação. Em áreas de grande altitude, mar, deserto e montanhosas, onde o sinal de comunicação é difícil de cobrir, forma-se um ponto cego de posicionamento em grande escala. Assim, surgiu a necessidade de melhorias baseadas em estrelas.


O sistema que transmite dados diferenciais de satélites é denominado Satellite-Based Augmentation System (SBAS, Satellite-Based Augmentation System). Geralmente é lançado por satélites GEO. Um satélite pode, teoricamente, cobrir um terço da área da Terra. Este tipo de precisão será pior, mas com a atualização contínua da tecnologia, existem agora alguns que podem ser precisos ao nível centimétrico (o nível centimétrico geralmente leva muito tempo para convergir, cerca de 20 minutos para estático, e o medidor dinâmico O nível é muito rápido), como o StarFire dos Estados Unidos, OmniStar nos Estados Unidos, Veripos no Reino Unido, QZSS no Japão, Posição Chihiro na China e Precisão Chinesa. WAAS nos Estados Unidos, EGNOS na Europa, MSAS no Japão e GAGAN na Índia, estes SBAS são utilizados principalmente para aviação e são medidores dinâmicos.

Você pode consultar o artigo "Método de implementação técnica de posicionamento GPS de alta precisão - Sistema de aprimoramento baseado em solo e sistema de aprimoramento baseado em satélite" compilado por Dameng GPS.

4. A precisão de posicionamento de produtos de alta qualidade em levantamento e mapeamento, a precisão de posicionamento de telefones celulares e a precisão de posicionamento de localizadores comuns montados em veículos

A seguir estão os produtos de levantamento e mapeamento T50 da Sinan, com 7 estrelas e 30 frequências, 1198 canais paralelos, suportando RTK, PPP, SBAS, com navegação inercial, e são basicamente produtos de posicionamento de alta precisão de última geração. Podemos ver que a precisão do posicionamento de ponto único pode ser de cerca de 1 metro, a precisão diferencial baseada no satélite SBAS também pode ser de cerca de 1 metro e a precisão do RTK é de cerca de 8 mm.