u-blox PointPerfect厘米级高精度GNSS增强服务，解锁新一代自主导航应用

导言

◍ u-blox PointPerfect GNSS增强服务通过移动互联网或L波段卫星广播，向所有服务区域内的海量用户提供广播校正服务，可作为面向大众市场实现GNSS高精度定位的最佳解决方案。

◍  经严格测试表明：即使在GNSS卫星信号较差的环境中，自主导航设备依然能通过u-blox PointPerfect服务获取GNSS校正数据，实现10厘米内的精准定位。（测试结果详见文末）

目录

 

1	为什么我们需要GNSS增强服务
2	传统GNSS增强服务面临的挑战
3	u-blox全新PointPerfect GNSS增强服务
4	PointPerfect实测数据报告

 

随着传感器和人工智能技术的快速迭代，人们逐步为自动驾驶、自动割草机器人、无人机等自主导航设备植入更多的传感器和智能算法，以不断增强其环境感知和灵活运动的能力，使其能选择最优路径完成任务，实现生产力提升。

预测表明，自主导航设备市场将迎来更广阔的发展前景。其中，英国政府的研究预测，到2035年，全球L3-L5级别的自动驾驶车辆的全球市场估值将达到8900亿美元，为此类车辆提供支持的互联和自动驾驶技术的市场估值为1370亿美元。

我们本文中所谈及的自主导航设备是指需要实时获取精准的位置信息的大型设备群，通常精确到厘米。因此，若想将自主导航设备切实应用于大众市场，设备制造商需在高精度定位技术上实现突破，例如降低位置信息获取成本、提高可靠性等。

01.

为什么我们需要GNSS增强数据

我们使用的位置信息是计算接收机与GPS、GALILEO和北斗等全球导航卫星系统(GNSS)的距离来实现的，距离测量是通过计算卫星传输到接收机的传播时间乘以光速得出，而信号传播时间长短则会受多种误差源的影响，包括卫星轨道和时钟误差、信号偏差以及电离层和对流层效应。

因此，当设备仅使用GNSS卫星信号进行定位时，往往无法达到所需厘米级定位精度，实时定位精度只能达到2-5米。

为了达到10厘米以下定位精度，您就需要使用GNSS校正或增强服务。

GNSS增强服务使用地面固定参考站网络从GNSS卫星获取校正信息。每个参考站将其卫星观测值与站点的已知位置进行对比，从而得出校正信息。随后该服务将校正信息分发到附近的设备终端，这些终端在接收到校正信息后，便可实时计算当前位置的坐标。

借此，GNSS校正数据增强服务能够识别和纠正设备遇到的定位不准确的问题，实时获取高精度的定位信息。

 

02.

传统增强数据服务面临的挑战

GNSS增强服务早已屡见不鲜，但传统方法有一定局限性。这些方法会显著增加成本、复杂性和延迟时间，甚至会导致无法适合于某些大规模应用。

无法大规模应用

第一个主要挑战是如何在追加成本有限的情况下支持大型设备群？

举例来说，实时动态(RTK)增强服务需要大约4.5kbps的带宽，对服务与每个终端设备之间的双向通信有强依赖，虽然精密单点定位(PPP)服务使用单向通信，但仍需要2.5到5kbps的带宽。

在这两种情况下，网络成本很快就会随着终端设备规模的扩大而逐渐让企业难以承受。

难以整合和管理

第二个挑战是如何轻松集成增强数据和实现无缝集群管理。

举例来说，某些服务使用专有消息格式，而通信模块本身并不支持其他服务使用的基于HTTP的NTRIP1.0（通过互联网进行RTCM网络传输的协议）。

因此，使用上述任一类型的服务都会为工程和产品管理团队增加大量且不间断的工作量，从而影响研发效率。

可靠性和服务覆盖范围受限

许多需要10厘米以下精度的应用都是关键任务，这意味着必须能够快速、可靠地访问增强数据服务，因此GNSS增强数据服务的覆盖范围需要涵盖设备使用的所有区域。

一些增强数据服务可能需要几分钟到半小时的时间才能实现精度可达10厘米以下的初始定位，这对于许多应用来说还不够快。

另一方面，其他增强服务完全依赖于基于IP的通信，因此只能在可以访问移动互联网的情况下工作。

此外，如果服务发送仅由设备最近的参考站计算得出的增强数据，则精度可能会有所不同。设备离该站越远，其计算出的位置读数就越不精确。

 

03.

u-blox全新GNSS增强数据服务

为了应对上述挑战，u-blox发布了新一代状态空间表示(SSR)PointPerfect增强数据服务，可提供3-6厘米的定位精度，启动时间为10-30秒，适用于u-blox和其他支持SPARTN数据格式的商用高精度GNSS模块。

以下我们列出了u-blox PointPerfect增强服务的优势：

不受终端设备的规模限制

u-blox PointPerfect可以以广播通信的方式同时服务无限量的用户，无需与终端设备双向通信，最大带宽要求仅为2.4kbps，最大限度降低了网络传输的成本，适用于任何规模的设备群。

PointPerfect利用高效的实时导航安全定位增强(SPARTN)开放数据格式，通过MQTT消息传输协议发送增强数据消息。实施大规模部署时，该协议本身的效率远远高于HTTP。

因此，无论运营的设备群规模是100台还是1,000,000台，凭借MQTT用户都可轻松利用增强数据。

广泛适用、可靠的GNSS增强数据

许多终端设备需要在无移动网络覆盖的区域运行，要实时精准的定位，这就需要一个全覆盖、高可靠性的GNSS增强服务进行支持。

u-blox PointPerfect增强数据通过L-band卫星信号和移动IP传输，双通信通道有助于确保终端设备与 PointPerfect 服务的99.9%正常运行时间保持一致，目前适用于欧洲和美国大陆的大部分区域，以及距离海岸线22公里以内的区域。

注：u-blox开发团队在一些极端环境中严格测试了此类卫星功能，详细介绍见文末。

此外，设备接收基于多个参考站的增强数据，可提高定位精度。

自助访问/易于集成

SPARTN是一种开放的数据格式，大多数商业调制解调器都原生支持MQTT消息传输协议，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，有助于降低产品开发风险和加快产品上市时间。

此外，PointPerfect通过u-blox Thingstream企业级云平台交付，为产品团队提供了自助服务环境，Thingstream平台不仅拥有图形化数据流管理器（用于建立与设备的消息传递和连接），还提供一个用于与其他服务集成的API，可让整套方案实现快速部署。

 

04.

PointPerfect实测数据报告

测试L-band卫星通信 

由于许多自主导航设备需要在移动互联网信号较差或无信号的地区运行，因此拥有提供GNSS增强数据的第二个通道至关重要。为实现此目的，PointPerfect使用基于卫星的L-band通信。

在开发PointPerfect时，我们在各种具有挑战性的地点进行了多种道路测试，以验证L-band数据传输的可靠性。

我们的严格测试表明，在PointPerfect覆盖区域内，即使是信号条件最差的区域，我们也始终能够通过L-band接收到的增强数据，以实现精准定位。

我们的测试方法

PointPerfect面向大众市场而设计，您无需高度专业化（如测量型接收机）的设备。

本次测试我们使用Tallysman TWA928L汽车标准车顶天线，配合u-blox F9高精度GNSS定位模块，确保我们通过L-band接收到的校正数据是连续、完整且可用的，以确保定位精度在目标范围内。

在恶劣条件下进行测试

我们为此规划了数条路线，包括瑞典北部等一些较难接收卫星信号的北极圈地区，在卫星高度角极低的环境中，测试信号接收情况是否足以实现精准定位的结果。

我们测试地点的最北点（赤道以北66°），卫星高度角降至仅为16°，而赫尔辛基为21.8°，罗马为40°。

我们还前往一些有着极端环境条件的地点，以确保在该类环境中我们的信号强度依然足够强。

这些地点包括加利福尼亚东南部的巨大沙漠、华盛顿州的广阔山脉，以及西雅图和圣地亚哥等人口密集的城市地区进行测试，下图显示了其中两条测试的路径记录。

 

▲极端测试路线（左瑞典，右美国）

无故障运行

尽管测试环境带来各种挑战，但我们在整个测试过程中都能够接收到足够强的L-band信号，从而能实现10厘米以下的定位精度（测试样本位于二西格玛或95%的置信区间内）。

/关于u-blox公司/

瑞士u-blox公司(SIX:UBXN)是为汽车、工业和消费品市场提供定位和无线通信技术与服务的领先供应商。其解决方案能准确进行人员、车辆和机器的定位，并通过蜂窝网络和短距离网络实现无线通信。凭借广泛及多样化的芯片、模块和日益扩大的产品支持数据服务生态系统，u-blox公司在帮助其客户针对物联网快速而成本高效地开发创新解决方案方面具有得天独厚的优势。u-blox公司总部设在瑞士塔尔维尔，目前在欧洲、亚洲和美国都设有办事处。www.u-blox.com

审核编辑 ：李倩