中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會(huì)

智能手機(jī)高精度定位也存在第一性原理?
斗室智庫
2021/12/07 09:12
近些日子,人們對(duì)于用智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)車道級(jí)定位議論紛紛,特別是華為與高德的合作,給人們帶來喜信。那么究竟是不是能夠真正解決智能手機(jī)的GNSS高精度定位問題?用什么方法?需要多長時(shí)間?其實(shí),是個(gè)仁者見仁、智者見智的問題,但是很快就能夠見分曉。最多可能是三年,也可能是明后年。這里談的不是技術(shù)可行性,而是可以規(guī)?;瘧?yīng)用和產(chǎn)業(yè)化推廣。從技術(shù)層面,現(xiàn)在就有現(xiàn)成的解決辦法,然而還是存在某些難言之隱。
從GNSS雙頻芯片而言,已經(jīng)有好幾款智能手機(jī)裝有這類芯片,最近國外有的科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行高精度測(cè)試,用的智能手機(jī)包括有HUAWEI的Mate20X、P30、P40Pro,與Xiaomi的MI8、Mi9、Mi9TPro,以及HTC的Nexus9和Samsung的S8。但是,他們用的天線卻是個(gè)兒比手機(jī)大得多的大地測(cè)量天線,放置在房頂上,經(jīng)由分路器、前置放大器,再由螺旋天線轉(zhuǎn)發(fā),才讓智能手機(jī)接收,不然無法實(shí)現(xiàn)高精度定位。這里涉及GNSS原始數(shù)據(jù)下載(利用Google程序—GNSSLogger)、載波相位測(cè)量和RTK/PPP方法、與慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)的融合處理、誤差建模、多徑效應(yīng)處理等一系列問題。為了得到高質(zhì)量的數(shù)據(jù),還需要解決天線環(huán)境優(yōu)化、相位中心定標(biāo)、量化多徑抑制與扼流圈平臺(tái),同時(shí)GNSS與MEMS-IMU的緊耦合有助于周跳檢測(cè)和整周多義性求解。
盡管有最新的創(chuàng)新在不斷發(fā)揮作用,但是高精度在智能手機(jī)中的大規(guī)模使用,仍然存在一些關(guān)鍵限制因素。頻繁的周跳、偏差和高噪聲/多徑效應(yīng)的混合仍然挑戰(zhàn)著定位的處理算法。研究分析表明,極端微弱信號(hào)面臨的多徑抑制、智能手機(jī)天線難題與高的PCV是分米機(jī)厘米級(jí)定位的主要障礙。顯然,天線參數(shù)、方向圖、平均相位中心及其與人體的感應(yīng)和相互作用影響,均需要加以重視。同時(shí),智能手機(jī)中的MEMS-IMU作用不可小看。天線 PCV 校正可在移動(dòng)操作中應(yīng)用,照顧智能手機(jī)的使用內(nèi)部 IMU 的姿態(tài)。與 GNSS 天線相比,智能手機(jī)內(nèi)部 IMU 測(cè)試出驚人的良好性能。關(guān)鍵是需要詳細(xì)說明IMU 誤差模型,但一旦獲得它們,IMU 將提供精確地幫助導(dǎo)航解決方案,可能在未來的算法中包括周跳修復(fù)或彌合由于多種原因造成的數(shù)據(jù)缺失。慣性測(cè)量單元輔助周跳檢測(cè)和糾正采用緊耦合融合策略,以及擴(kuò)展傳感器的開發(fā)校準(zhǔn)模型,都是需要強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。
從第一性原理出發(fā),實(shí)際上由于GNSS多星座多頻率的出現(xiàn),讓人們有更多的選擇和用武之地。而且配合多傳感器的融合,更加展現(xiàn)廣闊天地。而且由于長期的工作積累,已經(jīng)讓時(shí)空數(shù)據(jù)庫豐富多彩,從規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化的角度來說,我們應(yīng)該從用戶的需求出發(fā),實(shí)現(xiàn)極其簡(jiǎn)單的解決方案,推進(jìn)第一性原理在北斗新時(shí)空科技產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的實(shí)施。可以從三個(gè)方面下手:一是盡可能地用相對(duì)定位代替絕對(duì)定位,因?yàn)榻^大多數(shù)服務(wù)都是本地化的,無需全球坐標(biāo),容易實(shí)現(xiàn)高精度,包括更多的室內(nèi)定位,及所有的非開闊空間,這種思維轉(zhuǎn)變將打開一片無限廣闊的發(fā)展空間;二是盡可能把重點(diǎn)從硬件研制轉(zhuǎn)變到軟件研發(fā),盡可能地在大眾應(yīng)用的這些領(lǐng)域,更多的使用單頻接收,單頻與雙頻的差異,在于電離層改正,現(xiàn)在有那么多的雙頻觀測(cè)站,有那么多的GNSS氣象學(xué)數(shù)據(jù),完全可以形成全球電離層實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)改正模型,供單頻機(jī)改正所需,無需每個(gè)GNSS接收機(jī)都用雙頻體制,規(guī)避了雙頻帶來的許多問題;三是充分利用智能手機(jī)本身業(yè)已具備的時(shí)空信息提供能力,實(shí)現(xiàn)多傳感器融合,特別是MEMS-IMU,以及時(shí)空標(biāo)簽信息,真正實(shí)現(xiàn)多重?cái)?shù)據(jù)融合。做好以上三點(diǎn),在明后年說不定規(guī)?;a(chǎn)業(yè)化的高精度大眾化應(yīng)用服務(wù)就會(huì)脫穎而出。記住,北斗新時(shí)空需要大力推進(jìn)第一性原理,將時(shí)空信息武器賦予人民大眾,這是北斗的功勞。