实现低于10厘米的位置数据以解锁下一代自主设备

预测表明，自主设备市场将是巨大的。例如，英国政府的研究预测，到 2035 年，具有最高自动化水平 （L3-L5） 的互联和自动道路车辆的全球市场价值将达到 8900 亿美元。其中，互联和自动驾驶市场支持这些车辆的技术预计价值 1370 亿美元。

如果要实现这样的数字，自主设备需要实现真正的大众市场采用。为此，产品制造商需要在获取关键支持技术之一的方式上实现飞跃：高精度定位。这是因为我们正在谈论的那种设备需要知道它们始终在几厘米以内的位置。此外，该位置信息需要可靠且经济高效地提供给非常庞大的设备群。

为什么我们需要 GNSS 增强数据

位置信息通常使用来自全球导航卫星系统 （GNSS） 之一的数据来计算，例如 GPS 或 Galileo。但是，仅使用 GNSS 数据无法提供高精度设备所需的精度。卫星时钟和轨道误差、信号偏差以及电离层和对流层影响等因素意味着您只能可靠地将设备位置精确定位到 2-5m 范围内。

要达到下一代套件所需的 10 厘米以下精度，您需要使用 GNSS 校正或增强数据服务。

这些服务使用固定地面站网络从 GNSS 卫星收集数据。他们根据卫星数据计算车站的位置，并将其与车站的已知位置进行比较。这使服务能够识别和纠正附近设备将遇到的任何不准确之处。然后将该数据分发到附近的设备，这些设备使用它来改进自己的基于 GNSS 的位置计算。

传统增强数据服务的挑战

增强数据服务并不是什么新鲜事，但传统方法有局限性。这些都为产品团队增加了显着的成本、复杂性和延迟，或者可能意味着增强数据服务不能用于某些应用程序。

无法可持续扩展

第一个主要挑战是围绕扩展以支持大型设备群而不破坏银行。例如，实时运动学 （RTK） 增强服务需要大约 4.5 kbps 的带宽，并且依赖于服务和每个终端设备之间的双向通信。另一方面，精确点定位 （PPP） 服务使用单向通信，但仍需要 2.5 到 5 kbps 之间的速率。在这两种情况下，网络成本都可能很快变得令人望而却步。

难以集成和管理

第二个挑战是易于集成增强数据和正在进行的车队管理。例如，某些服务使用专有的消息格式，而其他服务使用的基于 HTTP 的 RTCM 通过 Internet 协议 （NTRIP） 1.0 的网络传输，通信模块本身并不支持。

因此，使用任何一种服务都会为工程和产品管理团队增加大量持续的开销，从而减少他们可用于高价值创新工作的时间。

可靠性和服务范围

许多需要低于 10 厘米精度的应用都是关键任务，这意味着对增强数据服务的访问必须快速可靠。覆盖范围也需要在可能使用该设备的任何地方都可用。

一些增强数据服务可能需要几分钟到半小时才能达到初始低于 10 厘米的位置，这对于许多用例来说不够快。

与此同时，其他增强服务仅依赖于基于 IP 的通信，因此只能在可以访问移动互联网的情况下工作。

在其他地方，如果服务发送仅由设备最近的参考站计算的增强数据，则准确性可能会有所不同。设备离该站点越远，其计算的位置读数就越不准确。

设计下一代 GNSS 增强数据服务

为了应对这些挑战，u-blox 着手创建下一代状态空间表示 （SSR） 增强数据服务，其核心是设计未来自主设备的需求。

该服务称为PointPerfect，通常提供 3 到 6 厘米的精度和 10 到 30 秒的启动时间。它适用于 u-blox 和其他支持SPARTN数据格式的商用高精度 GNSS 模块（更多内容见下文）。

要了解 PointPerfect 如何解决当今产品供应商面临的挑战，让我们探讨一下它在技术上与其他服务有何不同。这将使组织能够就其产品使用哪种增强数据服务类型做出明智的决定。

任何规模的效率

为了使 PointPerfect 成为运营任何规模设备群的组织的可行解决方案，其首要核心原则是效率。

增强数据消息使用高效的实时导航安全位置增强 （SPARTN） 开放数据格式，通过MQTT消息传递协议发送，该协议本身在规模上比 HTTP 更有效。因此，使用 MQTT 使用户可以轻松地利用增强数据，无论他们是在操作一个由一百台设备组成的设备群，还是一个由一百万个设备组成的设备群。

通信是通过设备订阅的单个出站广播流进行的，而不是需要与每个连接的端点进行双向通信。这导致了 2.4 kbps 的最大带宽要求，并最大限度地降低了网络传输成本。

可靠增强数据的广泛可用性

广泛而可靠的可用性是第二个核心原则。这是必须具备的，因为许多工程师将设计需要在没有移动互联网覆盖的地区运行的设备。PointPerfect GNSS 增强数据通过 L 波段卫星信号和移动 IP 传输。开发团队在一些极端环境中严格测试了这种卫星能力（下一节更详细）。双通信通道有助于使终端设备与 PointPerfect 服务的 99.9% 正常运行时间保证在可用的地区（目前欧洲大部分地区和美国毗邻地区，以及海岸线外 22 公里）保持一致。

此外，设备接收基于多个参考站的增强数据，以提高定位精度。

自助服务访问/易用性

PointPerfect 的第三个核心原则是易于集成，并能够直接管理大型设备群。

SPARTN 是一种开放数据格式，大多数商业调制解调器都原生支持 MQTT 消息传递协议。这意味着工程师无需集成专有客户端软件或构建自定义调制解调器集成。总之，这降低了风险和上市时间。

此外，PointPerfect 通过名为Thingstream的企业级云平台交付，为产品团队提供了一个自助服务环境，可在其中方便地部署和管理他们的设备。该平台包括一个图形数据流管理器，用于构建消息和与设备的连接，以及一个用于与其他服务集成的 API。

测试 L 波段卫星连接

由于许多自主设备需要在移动互联网覆盖较差或不存在的地区运行，因此必须有第二个渠道来提供 GNSS 增强数据。为此，PointPerfect 使用基于卫星的 L 波段通信。

在开发 PointPerfect 解决方案期间，在各种具有挑战性的地点进行了广泛的道路测试，以验证 L 波段作为这种潜在关键任务数据的交付机制的可靠性。

严格的测试表明，即使在 PointPerfect 覆盖区域内一些最具挑战性的条件下，通过 L 波段接收到的增强数据也可以成功地用于始终将位置精确定位到必要的范围内。

测试方法

PointPerfect 是为大众市场设计的，重要的是要确定它可以在不需要高度专业化（因此也很昂贵）的设备（例如大地测量接收器）的情况下有效工作。这意味着在车顶上使用标准性能的 Tallysman TWA928L 汽车天线来接收 L 波段卫星信号，以及具有多波段能力的 u-blox F9 高精度 GNSS 技术平台。

关键测试是确保通过 L 波段接收到的数据是连续的、完整的和可用的，这样我们就可以始终将我们的位置计算到所需的精度水平内。

在具有挑战性的条件下进行测试

我们计划了我们的路线，将我们带到卫星信号接收可能具有挑战性的地区。这包括进入瑞典北部的北极圈，以测试当天空中的卫星高度非常低时信号接收是否足够。在我们旅程的最北端——赤道以北 66°——卫星仰角降至 16°，而赫尔辛基为 21.8°，罗马为 40°。

我们还前往我们覆盖范围内发现的一些最极端的条件，以确保在这些环境中信号强度足够。这包括加利福尼亚州东南部的巨大沙漠、华盛顿州广阔的山脉，以及西雅图和圣地亚哥等城市建成区，那里的高层建筑可能会影响卫星信号的接收。

下面的地图显示了我们的两条测试路线。

无故障操作

尽管条件充满挑战，但在整个测试过程中接收到的 L 波段信号足够强，可以成功接收增强数据服务。因此，我们能够在整个过程中以小于 10 厘米、2 西格玛或 95% 置信区间的水平精度精确定位我们的位置。

解放您的工程师进行创新

在工业、汽车和消费技术领域，下一波自主设备将严重依赖高精度定位信息。那些设计未来自主产品的人需要一种利用 GNSS 增强数据的方法，而无需传统服务固有的开销。通过消除这些挑战，产品供应商将解放他们的工程团队，让他们专注于高价值的创新工作、缩短上市时间、削减持续的维护费用，并使他们能够提供价格具有竞争力的下一代产品和服务。

审核编辑：郭婷