編者的話：“科技自立自強(qiáng)是國(guó)家強(qiáng)盛之基、安全之要。”2020 年 7 月 31 日，北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)完成全球組網(wǎng)，意味著時(shí)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(hào)經(jīng)常不穩(wěn)定，有時(shí)候索性就沒信號(hào)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(jī)自動(dòng)導(dǎo)航設(shè)備可以克服網(wǎng)絡(luò)信號(hào)缺失、區(qū)域站網(wǎng)覆蓋不足的難題，快速實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)高精度作業(yè)。
這背后，靠的是千尋位置算法工程師們對(duì)星基增強(qiáng)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(shí)間平均1分鐘，最快可在幾十秒達(dá)到收斂。
“我們將這項(xiàng)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(shí)現(xiàn)衛(wèi)星/網(wǎng)絡(luò)雙鏈路全球覆蓋。”千尋位置高級(jí)算法專家徐坤說。
千尋位置是國(guó)內(nèi)首個(gè)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(shí)間：傳統(tǒng)PPP技術(shù)的“難言之隱”
農(nóng)機(jī)自動(dòng)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(shí)時(shí)動(dòng)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(biāo)必須處在通信信號(hào)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(bǔ)的是精密單點(diǎn)定位PPP技術(shù)。PPP技術(shù)通過對(duì)衛(wèi)星定位誤差進(jìn)行精確建模并播發(fā)給用戶，擺脫數(shù)據(jù)傳輸對(duì)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(shí)間才能收斂到厘米級(jí)的精度，這么長(zhǎng)的時(shí)間顯然無法滿足無人機(jī)飛控、農(nóng)機(jī)導(dǎo)航、智能駕駛等高實(shí)時(shí)性高精度應(yīng)用場(chǎng)景的要求，如何縮短PPP初始化時(shí)間，是提升用戶體驗(yàn)的重要因素。
縮短收斂時(shí)間，一場(chǎng)關(guān)于時(shí)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(jī)多系統(tǒng)支持升級(jí)，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(shí)間有了顯著的提升，從幾十分鐘縮短到十分鐘量級(jí)。
當(dāng)業(yè)內(nèi)普遍對(duì)優(yōu)于10分鐘的PPP收斂時(shí)間感到滿意時(shí)，千尋位置技術(shù)團(tuán)隊(duì)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(hào)。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(shí)間指標(biāo)。
隨著北斗三號(hào)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(gè)能支持跟蹤北斗三號(hào)全系統(tǒng)全頻點(diǎn)衛(wèi)星信號(hào)的框架站，同步提供全球增強(qiáng)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(shì)，為計(jì)算高精度的衛(wèi)星端誤差改正數(shù)產(chǎn)品提供了強(qiáng)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(shí)現(xiàn)PPP快速收斂的基礎(chǔ)。特別是對(duì)于北斗三號(hào)這一全新的導(dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)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(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)，結(jié)合千尋位置全球框架站的長(zhǎng)期跟蹤數(shù)據(jù)，千尋位置的算法專家們對(duì)北斗三號(hào)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)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(shí)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(shí)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(zhǔn)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(shí)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(yàn)的關(guān)鍵。“千尋位置的全球框架站通過專線將數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳，極大的保證了觀測(cè)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(jì)，只需要數(shù)秒鐘的時(shí)間，服務(wù)產(chǎn)品便可通過同步地球衛(wèi)星，送達(dá)用戶手中。”千尋位置高級(jí)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(jì)，如何在終端側(cè)實(shí)現(xiàn)PPP超快速收斂?終端算法團(tuán)隊(duì)從多頻觀測(cè)值應(yīng)用、PPP模糊度固定兩個(gè)層面探索新的技術(shù)路徑，提升收斂性能。
首先，在多頻觀測(cè)值應(yīng)用層面，結(jié)合國(guó)家北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)“一張網(wǎng)”積累的不同地理環(huán)境的多維時(shí)空數(shù)據(jù)，沉淀了一套自適應(yīng)的多頻觀測(cè)模型，該模型可以根據(jù)實(shí)際頻率類型、觀測(cè)噪聲等特性進(jìn)行觀測(cè)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(cè)值隨機(jī)特性、觀測(cè)值殘差等，嘗試包括經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼{(diào)優(yōu)、機(jī)器學(xué)習(xí)等多種方法進(jìn)行模糊度確認(rèn)，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(hào)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(yùn)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(dòng)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(shí)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(yàn)，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(gè)維度，搭建了一套完善的運(yùn)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(jī)等設(shè)備，建立了一套完整的研發(fā)、測(cè)試、售前、售后監(jiān)控體系，通過大量應(yīng)用場(chǎng)景和案例積累，在終端算法層面不斷迭代升級(jí)。
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(dòng)化農(nóng)業(yè)、海洋勘測(cè)、無人機(jī)巡檢等高實(shí)時(shí)性高精度應(yīng)用場(chǎng)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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