預(yù)測(cè)表明，自主設(shè)備市場(chǎng)將是巨大的。例如，英國(guó)政府的研究預(yù)測(cè)，到 2035 年，具有最高自動(dòng)化水平 （L3-L5） 的互聯(lián)和自動(dòng)道路車輛的全球市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到 8900 億美元。其中，互聯(lián)和自動(dòng)駕駛市場(chǎng)支持這些車輛的技術(shù)預(yù)計(jì)價(jià)值 1370 億美元。

如果要實(shí)現(xiàn)這樣的數(shù)字，自主設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)真正的大眾市場(chǎng)采用。為此，產(chǎn)品制造商需要在獲取關(guān)鍵支持技術(shù)之一的方式上實(shí)現(xiàn)飛躍：高精度定位。這是因?yàn)槲覀冋谡務(wù)摰哪欠N設(shè)備需要知道它們始終在幾厘米以內(nèi)的位置。此外，該位置信息需要可靠且經(jīng)濟(jì)高效地提供給非常龐大的設(shè)備群。

為什么我們需要 GNSS 增強(qiáng)數(shù)據(jù)

位置信息通常使用來(lái)自全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) （GNSS） 之一的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算，例如 GPS 或 Galileo。但是，僅使用 GNSS 數(shù)據(jù)無(wú)法提供高精度設(shè)備所需的精度。衛(wèi)星時(shí)鐘和軌道誤差、信號(hào)偏差以及電離層和對(duì)流層影響等因素意味著您只能可靠地將設(shè)備位置精確定位到 2-5m 范圍內(nèi)。

要達(dá)到下一代套件所需的 10 厘米以下精度，您需要使用 GNSS 校正或增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)。

這些服務(wù)使用固定地面站網(wǎng)絡(luò)從 GNSS 衛(wèi)星收集數(shù)據(jù)。他們根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)計(jì)算車站的位置，并將其與車站的已知位置進(jìn)行比較。這使服務(wù)能夠識(shí)別和糾正附近設(shè)備將遇到的任何不準(zhǔn)確之處。然后將該數(shù)據(jù)分發(fā)到附近的設(shè)備，這些設(shè)備使用它來(lái)改進(jìn)自己的基于 GNSS 的位置計(jì)算。

傳統(tǒng)增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)的挑戰(zhàn)

增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)并不是什么新鮮事，但傳統(tǒng)方法有局限性。這些都為產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)增加了顯著的成本、復(fù)雜性和延遲，或者可能意味著增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)不能用于某些應(yīng)用程序。

無(wú)法可持續(xù)擴(kuò)展

第一個(gè)主要挑戰(zhàn)是圍繞擴(kuò)展以支持大型設(shè)備群而不破壞銀行。例如，實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)學(xué) （RTK） 增強(qiáng)服務(wù)需要大約 4.5 kbps 的帶寬，并且依賴于服務(wù)和每個(gè)終端設(shè)備之間的雙向通信。另一方面，精確點(diǎn)定位 （PPP） 服務(wù)使用單向通信，但仍需要 2.5 到 5 kbps 之間的速率。在這兩種情況下，網(wǎng)絡(luò)成本都可能很快變得令人望而卻步。

難以集成和管理

第二個(gè)挑戰(zhàn)是易于集成增強(qiáng)數(shù)據(jù)和正在進(jìn)行的車隊(duì)管理。例如，某些服務(wù)使用專有的消息格式，而其他服務(wù)使用的基于 HTTP 的 RTCM 通過 Internet 協(xié)議 （NTRIP） 1.0 的網(wǎng)絡(luò)傳輸，通信模塊本身并不支持。

因此，使用任何一種服務(wù)都會(huì)為工程和產(chǎn)品管理團(tuán)隊(duì)增加大量持續(xù)的開銷，從而減少他們可用于高價(jià)值創(chuàng)新工作的時(shí)間。

可靠性和服務(wù)范圍

許多需要低于 10 厘米精度的應(yīng)用都是關(guān)鍵任務(wù)，這意味著對(duì)增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)的訪問必須快速可靠。覆蓋范圍也需要在可能使用該設(shè)備的任何地方都可用。

一些增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)可能需要幾分鐘到半小時(shí)才能達(dá)到初始低于 10 厘米的位置，這對(duì)于許多用例來(lái)說不夠快。

與此同時(shí)，其他增強(qiáng)服務(wù)僅依賴于基于 IP 的通信，因此只能在可以訪問移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的情況下工作。

在其他地方，如果服務(wù)發(fā)送僅由設(shè)備最近的參考站計(jì)算的增強(qiáng)數(shù)據(jù)，則準(zhǔn)確性可能會(huì)有所不同。設(shè)備離該站點(diǎn)越遠(yuǎn)，其計(jì)算的位置讀數(shù)就越不準(zhǔn)確。

設(shè)計(jì)下一代 GNSS 增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，u-blox 著手創(chuàng)建下一代狀態(tài)空間表示 （SSR） 增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)，其核心是設(shè)計(jì)未來(lái)自主設(shè)備的需求。

該服務(wù)稱為PointPerfect，通常提供 3 到 6 厘米的精度和 10 到 30 秒的啟動(dòng)時(shí)間。它適用于 u-blox 和其他支持SPARTN數(shù)據(jù)格式的商用高精度 GNSS 模塊（更多內(nèi)容見下文）。

要了解 PointPerfect 如何解決當(dāng)今產(chǎn)品供應(yīng)商面臨的挑戰(zhàn)，讓我們探討一下它在技術(shù)上與其他服務(wù)有何不同。這將使組織能夠就其產(chǎn)品使用哪種增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)類型做出明智的決定。

任何規(guī)模的效率

為了使 PointPerfect 成為運(yùn)營(yíng)任何規(guī)模設(shè)備群的組織的可行解決方案，其首要核心原則是效率。

增強(qiáng)數(shù)據(jù)消息使用高效的實(shí)時(shí)導(dǎo)航安全位置增強(qiáng) （SPARTN） 開放數(shù)據(jù)格式，通過MQTT消息傳遞協(xié)議發(fā)送，該協(xié)議本身在規(guī)模上比 HTTP 更有效。因此，使用 MQTT 使用戶可以輕松地利用增強(qiáng)數(shù)據(jù)，無(wú)論他們是在操作一個(gè)由一百臺(tái)設(shè)備組成的設(shè)備群，還是一個(gè)由一百萬(wàn)個(gè)設(shè)備組成的設(shè)備群。

通信是通過設(shè)備訂閱的單個(gè)出站廣播流進(jìn)行的，而不是需要與每個(gè)連接的端點(diǎn)進(jìn)行雙向通信。這導(dǎo)致了 2.4 kbps 的最大帶寬要求，并最大限度地降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸成本。

可靠增強(qiáng)數(shù)據(jù)的廣泛可用性

廣泛而可靠的可用性是第二個(gè)核心原則。這是必須具備的，因?yàn)樵S多工程師將設(shè)計(jì)需要在沒有移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)覆蓋的地區(qū)運(yùn)行的設(shè)備。PointPerfect GNSS 增強(qiáng)數(shù)據(jù)通過 L 波段衛(wèi)星信號(hào)和移動(dòng) IP 傳輸。開發(fā)團(tuán)隊(duì)在一些極端環(huán)境中嚴(yán)格測(cè)試了這種衛(wèi)星能力（下一節(jié)更詳細(xì)）。雙通信通道有助于使終端設(shè)備與 PointPerfect 服務(wù)的 99.9% 正常運(yùn)行時(shí)間保證在可用的地區(qū)（目前歐洲大部分地區(qū)和美國(guó)毗鄰地區(qū)，以及海岸線外 22 公里）保持一致。

此外，設(shè)備接收基于多個(gè)參考站的增強(qiáng)數(shù)據(jù)，以提高定位精度。

自助服務(wù)訪問/易用性

PointPerfect 的第三個(gè)核心原則是易于集成，并能夠直接管理大型設(shè)備群。

SPARTN 是一種開放數(shù)據(jù)格式，大多數(shù)商業(yè)調(diào)制解調(diào)器都原生支持 MQTT 消息傳遞協(xié)議。這意味著工程師無(wú)需集成專有客戶端軟件或構(gòu)建自定義調(diào)制解調(diào)器集成?？傊?，這降低了風(fēng)險(xiǎn)和上市時(shí)間。

此外，PointPerfect 通過名為Thingstream的企業(yè)級(jí)云平臺(tái)交付，為產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)提供了一個(gè)自助服務(wù)環(huán)境，可在其中方便地部署和管理他們的設(shè)備。該平臺(tái)包括一個(gè)圖形數(shù)據(jù)流管理器，用于構(gòu)建消息和與設(shè)備的連接，以及一個(gè)用于與其他服務(wù)集成的 API。

測(cè)試 L 波段衛(wèi)星連接

由于許多自主設(shè)備需要在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)覆蓋較差或不存在的地區(qū)運(yùn)行，因此必須有第二個(gè)渠道來(lái)提供 GNSS 增強(qiáng)數(shù)據(jù)。為此，PointPerfect 使用基于衛(wèi)星的 L 波段通信。

在開發(fā) PointPerfect 解決方案期間，在各種具有挑戰(zhàn)性的地點(diǎn)進(jìn)行了廣泛的道路測(cè)試，以驗(yàn)證 L 波段作為這種潛在關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)的交付機(jī)制的可靠性。

嚴(yán)格的測(cè)試表明，即使在 PointPerfect 覆蓋區(qū)域內(nèi)一些最具挑戰(zhàn)性的條件下，通過 L 波段接收到的增強(qiáng)數(shù)據(jù)也可以成功地用于始終將位置精確定位到必要的范圍內(nèi)。

測(cè)試方法

PointPerfect 是為大眾市場(chǎng)設(shè)計(jì)的，重要的是要確定它可以在不需要高度專業(yè)化（因此也很昂貴）的設(shè)備（例如大地測(cè)量接收器）的情況下有效工作。這意味著在車頂上使用標(biāo)準(zhǔn)性能的 Tallysman TWA928L 汽車天線來(lái)接收 L 波段衛(wèi)星信號(hào)，以及具有多波段能力的 u-blox F9 高精度 GNSS 技術(shù)平臺(tái)。

關(guān)鍵測(cè)試是確保通過 L 波段接收到的數(shù)據(jù)是連續(xù)的、完整的和可用的，這樣我們就可以始終將我們的位置計(jì)算到所需的精度水平內(nèi)。

在具有挑戰(zhàn)性的條件下進(jìn)行測(cè)試

我們計(jì)劃了我們的路線，將我們帶到衛(wèi)星信號(hào)接收可能具有挑戰(zhàn)性的地區(qū)。這包括進(jìn)入瑞典北部的北極圈，以測(cè)試當(dāng)天空中的衛(wèi)星高度非常低時(shí)信號(hào)接收是否足夠。在我們旅程的最北端——赤道以北 66°——衛(wèi)星仰角降至 16°，而赫爾辛基為 21.8°，羅馬為 40°。

我們還前往我們覆蓋范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一些最極端的條件，以確保在這些環(huán)境中信號(hào)強(qiáng)度足夠。這包括加利福尼亞州東南部的巨大沙漠、華盛頓州廣闊的山脈，以及西雅圖和圣地亞哥等城市建成區(qū)，那里的高層建筑可能會(huì)影響衛(wèi)星信號(hào)的接收。

下面的地圖顯示了我們的兩條測(cè)試路線。

無(wú)故障操作

盡管條件充滿挑戰(zhàn)，但在整個(gè)測(cè)試過程中接收到的 L 波段信號(hào)足夠強(qiáng)，可以成功接收增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)。因此，我們能夠在整個(gè)過程中以小于 10 厘米、2 西格瑪或 95% 置信區(qū)間的水平精度精確定位我們的位置。

解放您的工程師進(jìn)行創(chuàng)新

在工業(yè)、汽車和消費(fèi)技術(shù)領(lǐng)域，下一波自主設(shè)備將嚴(yán)重依賴高精度定位信息。那些設(shè)計(jì)未來(lái)自主產(chǎn)品的人需要一種利用 GNSS 增強(qiáng)數(shù)據(jù)的方法，而無(wú)需傳統(tǒng)服務(wù)固有的開銷。通過消除這些挑戰(zhàn)，產(chǎn)品供應(yīng)商將解放他們的工程團(tuán)隊(duì)，讓他們專注于高價(jià)值的創(chuàng)新工作、縮短上市時(shí)間、削減持續(xù)的維護(hù)費(fèi)用，并使他們能夠提供價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)力的下一代產(chǎn)品和服務(wù)。

審核編輯：郭婷