GPS精度可提高密集城市环境中的性能

早在 2015 年，u-blox M8 GNSS 接收器平台在提高定位性能方面取得了重大进展，能够同时跟踪两个和三个 GNSS 星座。在任何给定时间将视线内的卫星数量大致增加三倍带来了显着的好处：不仅可以使用更大集合中的最佳信号更准确地计算位置；它还显着缩短了首次修复的时间，尤其是在具有挑战性的城市环境中。

然后是 u-blox M9 和 u-blox M10，它们将可以在任何给定时间跟踪的 GNSS 星座数量增加到四个。这就引出了一个问题：跟踪另一个 GNSS 星座究竟能带来多大的改进？

今年早些时候，我们在美国和亚洲各地上路测试了我们最新一代的 u-blox M9 GNSS 接收器。以下是跟踪四个星座与只跟踪三个星座的对比。

具有挑战性的路试

我们测试站点的图像清楚地表明，我们对简单的开放天空场景不感兴趣。我们追求的是在一个常见但极具挑战性的环境中直接比较性能：一个拥有深邃城市峡谷的大都市市区。

由于摩天大楼限制了天空的部分，从而限制了 GNSS 接收器视线内的卫星数量，城市峡谷使得 GNSS 接收器极难锁定轨道卫星发出的信号足够长的时间以便能够不断地定位自己。通过增加他们可以利用的卫星数量，一个额外的星座至少在理论上应该会产生重大影响。

卫星可用性略有改善

我们的测量结果证明了这一点。尽管我们记录的定位率改进并不显着——我们已经使用三个星座实现了大约 99% 的定位率——在新加坡调谐到四个星座时，我们的接收器跟踪了 28 颗卫星，实现了 99.5% 的定位率，而 27 （ resp. 25） 卫星在调谐到三颗时以 99%（resp. 99.5%）的固定率跟踪。芝加哥的结果不太明确，固定率仅略好一些，分别为 99.2% 和 98.7%（分别为 99.3%）。

可见卫星数量略多

下面的两个图表代表了我们的测试接收器在每个卫星系统中跟踪的 GNSS 卫星数量，以及它们接收到的 SBAS（基于卫星的增强系统）信号的数量。在第一张图中，我们将可以同时跟踪的星座数量限制为三个，固件将跟踪卫星的最大总数限制为 30 个。在第二张图中，我们让我们的接收器跟踪四个星座，同样具有相同的最大限制，但有一个额外的限制：每个星座的跟踪卫星数量限制为八颗。

鉴于轨道上的卫星数量众多，两个接收器始终接近于最大限度地同时跟踪它们可以同时跟踪的单个卫星的数量。然而，有一个重要的区别。对于三个星座，接收器必须与碰巧在视线内的任何卫星凑合。当跟踪四个星座时，接收器固件可能会很挑剔，只选择信号提供最多信息的卫星子集。

跟踪四个 GNSS 星座的好处是 （i） 更大的卫星信号多样性，以及 （ii） 更好的信号质量。正如我们将在下一节中看到的，这些优势直接转化为位置和速度精度的改进。

提高位置和速度精度

回到计算机实验室，我们分析了相同的道路测试数据，以比较使用三个与四个 GNSS 星座时我们的位置和速度读数的准确性。

数字不言自明。在这两种情况下，我们都观察到 50% 的定位和速度误差 （CEP50） 有所改善，并且这些改善随着我们考虑的测量百分比的增加而增加。值得注意的是，添加一个额外的星座显着降低了异常值的大小——2D 位置降低了三倍以上，2D 速度降低了几乎两倍。另一个重要发现是，所有遭受位置跳跃（异常值）的应用程序都从 4GNSS 接收中受益匪浅。

跟踪更多卫星星座的总体优势

正如我们所见，跟踪四个 GNSS 星座只会导致 GNSS 接收器在固定位置上花费的时间略有增加。对于使用 GNSS 接收器的任何人来说，这意味着他们的 GNSS 接收器将提供位置和速度估计，无论他们是跟踪三个还是四个星座。但由于 GNSS 接收器可以从更多样化的卫星和星座中挑选出最佳的 GNSS 信号，因此它可以提供更准确的位置和速度估计。

这里报告的定量结果只说明了故事的一部分。如开篇所述，跟踪三个 GNSS 星座使整体定位解决方案更加稳健——无论是恶意射频干扰、GNSS 服务意外中断，还是故意停止服务，例如在战争时期。跟踪第四个星座进一步支持了这些优势。

审核编辑：郭婷