早在 2015 年，u-blox M8 GNSS 接收器平臺在提高定位性能方面取得了重大進展，能夠同時跟蹤兩個和三個 GNSS 星座。在任何給定時間將視線內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量大致增加三倍帶來了顯著的好處：不僅可以使用更大集合中的最佳信號更準(zhǔn)確地計算位置；它還顯著縮短了首次修復(fù)的時間，尤其是在具有挑戰(zhàn)性的城市環(huán)境中。

然后是 u-blox M9 和 u-blox M10，它們將可以在任何給定時間跟蹤的 GNSS 星座數(shù)量增加到四個。這就引出了一個問題：跟蹤另一個 GNSS 星座究竟能帶來多大的改進？

今年早些時候，我們在美國和亞洲各地上路測試了我們最新一代的 u-blox M9 GNSS 接收器。以下是跟蹤四個星座與只跟蹤三個星座的對比。

具有挑戰(zhàn)性的路試

我們測試站點的圖像清楚地表明，我們對簡單的開放天空場景不感興趣。我們追求的是在一個常見但極具挑戰(zhàn)性的環(huán)境中直接比較性能：一個擁有深邃城市峽谷的大都市市區(qū)。

由于摩天大樓限制了天空的部分，從而限制了 GNSS 接收器視線內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量，城市峽谷使得 GNSS 接收器極難鎖定軌道衛(wèi)星發(fā)出的信號足夠長的時間以便能夠不斷地定位自己。通過增加他們可以利用的衛(wèi)星數(shù)量，一個額外的星座至少在理論上應(yīng)該會產(chǎn)生重大影響。

衛(wèi)星可用性略有改善

我們的測量結(jié)果證明了這一點。盡管我們記錄的定位率改進并不顯著——我們已經(jīng)使用三個星座實現(xiàn)了大約 99% 的定位率——在新加坡調(diào)諧到四個星座時，我們的接收器跟蹤了 28 顆衛(wèi)星，實現(xiàn)了 99.5% 的定位率，而 27 （ resp. 25） 衛(wèi)星在調(diào)諧到三顆時以 99%（resp. 99.5%）的固定率跟蹤。芝加哥的結(jié)果不太明確，固定率僅略好一些，分別為 99.2% 和 98.7%（分別為 99.3%）。

可見衛(wèi)星數(shù)量略多

下面的兩個圖表代表了我們的測試接收器在每個衛(wèi)星系統(tǒng)中跟蹤的 GNSS 衛(wèi)星數(shù)量，以及它們接收到的 SBAS（基于衛(wèi)星的增強系統(tǒng)）信號的數(shù)量。在第一張圖中，我們將可以同時跟蹤的星座數(shù)量限制為三個，固件將跟蹤衛(wèi)星的最大總數(shù)限制為 30 個。在第二張圖中，我們讓我們的接收器跟蹤四個星座，同樣具有相同的最大限制，但有一個額外的限制：每個星座的跟蹤衛(wèi)星數(shù)量限制為八顆。

鑒于軌道上的衛(wèi)星數(shù)量眾多，兩個接收器始終接近于最大限度地同時跟蹤它們可以同時跟蹤的單個衛(wèi)星的數(shù)量。然而，有一個重要的區(qū)別。對于三個星座，接收器必須與碰巧在視線內(nèi)的任何衛(wèi)星湊合。當(dāng)跟蹤四個星座時，接收器固件可能會很挑剔，只選擇信號提供最多信息的衛(wèi)星子集。

跟蹤四個 GNSS 星座的好處是 （i） 更大的衛(wèi)星信號多樣性，以及 （ii） 更好的信號質(zhì)量。正如我們將在下一節(jié)中看到的，這些優(yōu)勢直接轉(zhuǎn)化為位置和速度精度的改進。

提高位置和速度精度

回到計算機實驗室，我們分析了相同的道路測試數(shù)據(jù)，以比較使用三個與四個 GNSS 星座時我們的位置和速度讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

數(shù)字不言自明。在這兩種情況下，我們都觀察到 50% 的定位和速度誤差 （CEP50） 有所改善，并且這些改善隨著我們考慮的測量百分比的增加而增加。值得注意的是，添加一個額外的星座顯著降低了異常值的大小——2D 位置降低了三倍以上，2D 速度降低了幾乎兩倍。另一個重要發(fā)現(xiàn)是，所有遭受位置跳躍（異常值）的應(yīng)用程序都從 4GNSS 接收中受益匪淺。

跟蹤更多衛(wèi)星星座的總體優(yōu)勢

正如我們所見，跟蹤四個 GNSS 星座只會導(dǎo)致 GNSS 接收器在固定位置上花費的時間略有增加。對于使用 GNSS 接收器的任何人來說，這意味著他們的 GNSS 接收器將提供位置和速度估計，無論他們是跟蹤三個還是四個星座。但由于 GNSS 接收器可以從更多樣化的衛(wèi)星和星座中挑選出最佳的 GNSS 信號，因此它可以提供更準(zhǔn)確的位置和速度估計。

這里報告的定量結(jié)果只說明了故事的一部分。如開篇所述，跟蹤三個 GNSS 星座使整體定位解決方案更加穩(wěn)健——無論是惡意射頻干擾、GNSS 服務(wù)意外中斷，還是故意停止服務(wù)，例如在戰(zhàn)爭時期。跟蹤第四個星座進一步支持了這些優(yōu)勢。

審核編輯：郭婷