編者的話：“科技自立自強是國家強盛之基、安全之要。”2020 年 7 月 31 日，北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成全球組網(wǎng)，意味著時空信息重大基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)完全掌握在自己的手里。兩年過去，北斗系統(tǒng)的應(yīng)用構(gòu)建了一條成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，同樣，唯有自主創(chuàng)新，才能把科技命脈掌握在自己的手中。
日前，千尋位置“六脈神劍”六大底層技術(shù)系列浮出水面，今天我們來看千尋位置如何攻破無區(qū)域站快速收斂PPP技術(shù)，在全球范圍內(nèi)的任何地方提供快速、高效、可靠的高精度定位服務(wù)。
(正文)“往年播種，設(shè)備信號經(jīng)常不穩(wěn)定，有時候索性就沒信號了。”新疆塔城的玉米種植戶擺師傅說。
塔城位于新疆西北邊陲區(qū)域，在這里常常出現(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)中斷的情況。千尋位置農(nóng)機自動導(dǎo)航設(shè)備可以克服網(wǎng)絡(luò)信號缺失、區(qū)域站網(wǎng)覆蓋不足的難題，快速實現(xiàn)厘米級高精度作業(yè)。
這背后，靠的是千尋位置算法工程師們對星基增強定位技術(shù)收斂性能的死磕——在不依賴衛(wèi)星導(dǎo)航區(qū)域加密站、無需大氣產(chǎn)品輔助的情況下，依然能夠快速可靠地獲得高精度定位結(jié)果，收斂時間平均1分鐘，最快可在幾十秒達到收斂。
“我們將這項技術(shù)稱為無區(qū)域站快速收斂PPP技術(shù)，該技術(shù)由于不依賴大氣產(chǎn)品，可大大減小全球建站成本，并可通過較小的播發(fā)帶寬實現(xiàn)衛(wèi)星/網(wǎng)絡(luò)雙鏈路全球覆蓋。”千尋位置高級算法專家徐坤說。
千尋位置是國內(nèi)首個獲得該技術(shù)能力并將其商用落地的企業(yè)，在全球范圍內(nèi)的任何地方都能提供快速、高效、可靠的高精度定位服務(wù)。
千尋位置PPP技術(shù)性能VS傳統(tǒng)PPP技術(shù)性能
收斂時間：傳統(tǒng)PPP技術(shù)的“難言之隱”
農(nóng)機自動駕駛設(shè)備之所以依賴網(wǎng)絡(luò)、區(qū)域站網(wǎng)，主要原因是他們大多用的是實時動態(tài)定位RTK 技術(shù)。傳統(tǒng)的 RTK 技術(shù)雖然收斂很快，但覆蓋范圍仍有一定限制。定位目標必須處在通信信號覆蓋的范圍之內(nèi)，在海上、沙漠、海外等地區(qū)，則形成了大范圍的定位盲區(qū)。
與之互補的是精密單點定位PPP技術(shù)。PPP技術(shù)通過對衛(wèi)星定位誤差進行精確建模并播發(fā)給用戶，擺脫數(shù)據(jù)傳輸對于互聯(lián)網(wǎng)的依賴，用戶通過衛(wèi)星鏈路也可以獲得精確的定位結(jié)果。
但傳統(tǒng)的PPP技術(shù)通常需要十到幾十分鐘不等的初始定位時間才能收斂到厘米級的精度，這么長的時間顯然無法滿足無人機飛控、農(nóng)機導(dǎo)航、智能駕駛等高實時性高精度應(yīng)用場景的要求，如何縮短PPP初始化時間，是提升用戶體驗的重要因素。
縮短收斂時間，一場關(guān)于時間的較量
隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)全球組網(wǎng)完善，以及終端接收機多系統(tǒng)支持升級，在PPP模糊度固定技術(shù)的加持下，多系統(tǒng)PPP技術(shù)的收斂時間有了顯著的提升，從幾十分鐘縮短到十分鐘量級。
當業(yè)內(nèi)普遍對優(yōu)于10分鐘的PPP收斂時間感到滿意時，千尋位置技術(shù)團隊沒有止步于此，而是考慮如何有效應(yīng)用多系統(tǒng)多頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號。在千尋位置全球框架站的基礎(chǔ)上，從服務(wù)端算法、終端算法持續(xù)突破，改善PPP收斂性能，死磕收斂時間指標。
隨著北斗三號全球系統(tǒng)的建設(shè)，千尋位置在全球迅速部署建立了上百個能支持跟蹤北斗三號全系統(tǒng)全頻點衛(wèi)星信號的框架站，同步提供全球增強服務(wù)。“有了北斗全球化服務(wù)的支撐，以及我們擁有全球框架站的天然優(yōu)勢，為計算高精度的衛(wèi)星端誤差改正數(shù)產(chǎn)品提供了強大的保障，這讓我們看到了PPP收斂性能改善的可能性。”千尋位置算法專家昌勝騏說。
有了全球框架站的支撐，在服務(wù)端算法層面，高精度的衛(wèi)星軌道鐘差產(chǎn)品，是實現(xiàn)PPP快速收斂的基礎(chǔ)。特別是對于北斗三號這一全新的導(dǎo)航系統(tǒng)，對衛(wèi)星的姿態(tài)變化規(guī)律及所受的太陽光壓精確建模，是極大的挑戰(zhàn)。通過追蹤學術(shù)前沿動態(tài)，結(jié)合千尋位置全球框架站的長期跟蹤數(shù)據(jù)，千尋位置的算法專家們對北斗三號衛(wèi)星的運動規(guī)律進行了深入的研究，建立了高精度的衛(wèi)星姿態(tài)模型和光壓模型，為高精度的衛(wèi)星軌道鐘差產(chǎn)品的解算打下了基礎(chǔ)。
多頻多系統(tǒng)的衛(wèi)星硬件延遲產(chǎn)品，也是服務(wù)端算法層面實現(xiàn)PPP快速收斂的重要模塊。得益于硬件配置統(tǒng)一的潛龍時空服務(wù)器，千尋位置解算的衛(wèi)星硬件延遲產(chǎn)品更加穩(wěn)定準確。此外，為了最大化快速收斂的效果，云端一體的PPP引擎發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。
以最短時間將上述服務(wù)端產(chǎn)品播發(fā)給用戶，是用戶獲得最佳PPP快速收斂體驗的關(guān)鍵。“千尋位置的全球框架站通過專線將數(shù)據(jù)進行回傳，極大的保證了觀測數(shù)據(jù)的‘新鮮度’。海量數(shù)據(jù)的快速處理能力，分布式并行化的算法調(diào)度架構(gòu)以及靈活高效的播發(fā)鏈路設(shè)計，只需要數(shù)秒鐘的時間，服務(wù)產(chǎn)品便可通過同步地球衛(wèi)星，送達用戶手中。”千尋位置高級技術(shù)專家陳建波說。
有了完備、可靠的服務(wù)端算法產(chǎn)品，靈活高效的播發(fā)鏈路設(shè)計，如何在終端側(cè)實現(xiàn)PPP超快速收斂?終端算法團隊從多頻觀測值應(yīng)用、PPP模糊度固定兩個層面探索新的技術(shù)路徑，提升收斂性能。
首先，在多頻觀測值應(yīng)用層面，結(jié)合國家北斗地基增強系統(tǒng)“一張網(wǎng)”積累的不同地理環(huán)境的多維時空數(shù)據(jù)，沉淀了一套自適應(yīng)的多頻觀測模型，該模型可以根據(jù)實際頻率類型、觀測噪聲等特性進行觀測模型的自適應(yīng)調(diào)整。
其次，在PPP模糊度固定層面，結(jié)合星基改正數(shù)精度和延遲、觀測值隨機特性、觀測值殘差等，嘗試包括經(jīng)驗?zāi)Ｐ驼{(diào)優(yōu)、機器學習等多種方法進行模糊度確認，形成了適配衛(wèi)星鏈路播發(fā)星基改正數(shù)的PPP模糊度固定模型，保證衛(wèi)星鏈路信號在受到短暫遮擋干擾期間，終端仍能獲得可靠的定位結(jié)果。
運維監(jiān)控，保持收斂性能穩(wěn)定
6分鐘，3分鐘，2分鐘，1分鐘……每一次速度的提升，都是繼續(xù)突破的動力。通過一次次的技術(shù)迭代與嘗試，千尋位置將平均收斂時間穩(wěn)定在1分鐘左右，最快僅需幾十秒。而擺在后面更大的難題，是如何保持收斂性能的穩(wěn)定性。
在服務(wù)側(cè)，千尋位置通過6年多的服務(wù)經(jīng)驗，沉淀了豐富的服務(wù)異常監(jiān)控手段，從基站數(shù)據(jù)、衛(wèi)星狀態(tài)、產(chǎn)品精度、鏈路延遲等多個維度，搭建了一套完善的運維監(jiān)控體系，保障服務(wù)產(chǎn)品解算、數(shù)據(jù)播發(fā)的穩(wěn)定性。
在產(chǎn)品終端側(cè)，基于自主研發(fā)的星基模組、板卡、整機等設(shè)備，建立了一套完整的研發(fā)、測試、售前、售后監(jiān)控體系，通過大量應(yīng)用場景和案例積累，在終端算法層面不斷迭代升級。
在全球的任何一處，都能在數(shù)秒內(nèi)獲得高精度定位服務(wù)。PPP收斂速度突破，讓自動化農(nóng)業(yè)、海洋勘測、無人機巡檢等高實時性高精度應(yīng)用場景可以更高效的作業(yè)，也為衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在智能駕駛等領(lǐng)域的全球化應(yīng)用提供了更廣闊的空間。
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