雙頻GNSS不能取代慣性導(dǎo)航

本文作者 |MathiasVetter，消費(fèi)和工業(yè)追蹤應(yīng)用首席產(chǎn)品經(jīng)理

眾所周知，GNSS解決方案在城市環(huán)境的使用頻率最高，但存在的困難也最多。

最好的情況下，深度城市峽谷、下穿通道、隧道、人造天篷和室內(nèi)停車場(chǎng)只會(huì)短暫影響全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)信號(hào)質(zhì)量和定位精度。

而最壞的情況是，這類環(huán)境會(huì)導(dǎo)致定位服務(wù)完全中斷，對(duì)于依賴精準(zhǔn)定位來追蹤車隊(duì)、精簡(jiǎn)運(yùn)維和管理賬務(wù)的企業(yè)而言，這會(huì)產(chǎn)生極為不利的影響。

目前，市面上已有可同時(shí)接收多個(gè)星座衛(wèi)星信號(hào)的GNSS接收機(jī)，在部分遮擋的環(huán)境中，通過增加衛(wèi)星接收數(shù)量，提高定位精準(zhǔn)性及穩(wěn)定性，從而減少環(huán)境因素對(duì)定位性能的影響。

然而，這雖然可以提高在城市峽谷中定位成功的概率，但對(duì)于減少多徑效應(yīng)造成的定位誤差幫助甚少。

雙頻GNSS技術(shù)的目標(biāo)是追蹤L5頻段中的高碼率信號(hào)，從而減輕多徑效應(yīng)。

當(dāng)前市面上的多頻段定位解決方案也許能夠提升城市環(huán)境中的定位性能，但并非所有客戶和終端用戶都感知到了這些優(yōu)勢(shì)，由此可見，上文所述的城市環(huán)境定位挑戰(zhàn)仍未得到解決。

01.慣性傳感技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

慣性導(dǎo)航解決方案利用GNSS接收機(jī)模塊內(nèi)置的慣性傳感器，以及車輛輪速脈沖傳感器數(shù)據(jù)（如果可用），在典型的城市環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了更高的定位精度。

慣性導(dǎo)航解決方案將慣性傳感器數(shù)據(jù)與考慮了車輛各種運(yùn)動(dòng)可能性的動(dòng)態(tài)模型相結(jié)合，消除了多徑效應(yīng)或復(fù)雜信號(hào)環(huán)境導(dǎo)致的位置估計(jì)誤差。

但除此之外，慣性導(dǎo)航還有更多優(yōu)勢(shì)。就車隊(duì)管理解決方案而言，慣性導(dǎo)航的價(jià)值體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

1）彌補(bǔ)信號(hào)中斷

較弱的GNSS信號(hào)無法穿過建筑結(jié)構(gòu)。因此，室內(nèi)停車場(chǎng)、隧道乃至下穿通道經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致GNSS服務(wù)徹底中斷。即使在GNSS信號(hào)丟失的情況下，基于IMU的慣性定位也會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，提供位置信息的互補(bǔ)來源，填補(bǔ)衛(wèi)星信號(hào)可用性的缺口。

2）增強(qiáng)應(yīng)對(duì)干擾和欺騙的能力

除了提高定位服務(wù)的覆蓋范圍，慣性導(dǎo)航解決方案所采用的慣性傳感器還能增強(qiáng)應(yīng)對(duì)干擾和欺騙的能力，更好地應(yīng)對(duì)GNSS接收機(jī)最常遭遇的篡改威脅。例如，黑客可能使用高強(qiáng)度射頻噪聲來干擾接收機(jī)的運(yùn)行。

另外，黑客還可能使用偽造的GNSS信號(hào)欺騙接收機(jī)，誘使接收機(jī)報(bào)告錯(cuò)誤的定位信息。在此類情況下，如果信號(hào)受到干擾，或信號(hào)被偽造而導(dǎo)致GNSS和IMU輸出存在差異，慣性傳感器可以提供重要的信息數(shù)據(jù)，從而繼續(xù)維持定位服務(wù)。

3）應(yīng)對(duì)GNSS信號(hào)質(zhì)量短暫下降

無論是附近的蜂窩通信調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生的射頻干擾，或是樹木和建筑等形成的物理阻隔，都會(huì)造成衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量下降，GNSS接收機(jī)經(jīng)常要面對(duì)這類問題。在暫時(shí)信號(hào)質(zhì)量弱的情況下，可以使用基于慣性傳感器的定位來控制GNSS接收機(jī)的位置估計(jì)，確保定位的準(zhǔn)確度。

4）提供車輛保險(xiǎn)所需的重要數(shù)據(jù)

除了定位功能本身，慣性導(dǎo)航解決方案還可以提供重要的原始數(shù)據(jù)，車隊(duì)管理者和車輛保險(xiǎn)公司可以從這些數(shù)據(jù)中獲取信息，包括使用“移動(dòng)時(shí)喚醒”功能進(jìn)行盜竊檢測(cè)，或檢測(cè)停放的車輛遭受的輕微碰撞，幫助保險(xiǎn)公司降低不合理索賠引起的開支。

此外，慣性導(dǎo)航還可用于評(píng)估駕駛員的行為，可根據(jù)對(duì)駕駛員駕駛行為的評(píng)估，設(shè)定保險(xiǎn)費(fèi)用。

02.互補(bǔ)性而非競(jìng)爭(zhēng)性解決方案

至此我們應(yīng)該清楚，雙頻GNSS與慣性導(dǎo)航解決方案各有優(yōu)勢(shì)，互為補(bǔ)充，將二者進(jìn)行比較并無實(shí)質(zhì)意義。

當(dāng)前的雙頻定位解決方案雖然易于實(shí)施（只需雙頻GNSS接收機(jī)和天線），但只能小幅降低多徑效應(yīng)的影響。慣性導(dǎo)航技術(shù)在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，可以改善城市區(qū)域的定位精度，同時(shí)將定位服務(wù)擴(kuò)展到GNSS信號(hào)無法覆蓋的區(qū)域，增強(qiáng)應(yīng)對(duì)干擾和欺騙的能力。

最終，市面上的定位解決方案將日趨成熟，具有更強(qiáng)的定位性能并且能夠擴(kuò)展到日益復(fù)雜多樣的環(huán)境中。

長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，多頻段GNSS和慣性導(dǎo)航無疑將會(huì)逐漸融合，從而進(jìn)一步提高城市GNSS定位的可靠性。

在閱讀本文的同時(shí)，不妨進(jìn)一步了解u-blox NEO-M9V 接收機(jī)，這是u-blox推出的新款GNSS模塊，提供無約束慣導(dǎo)和車載慣性導(dǎo)航（UDR和ADR），在設(shè)計(jì)時(shí)專門考慮了車隊(duì)管理和微出行應(yīng)用的需求。

該模塊還有專用評(píng)估套件EVK-M9DR，可用于測(cè)試模塊的功能，充分挖掘其性能潛力。

審核編輯：湯梓紅