实现低于10厘米的位置数据以解锁下一代自主设备

预测表明，自主设备市场将是巨大的。例如，英国政府的研究预测，到2035年，自动化水平最高的联网和自动驾驶道路车辆（L3-L5）的全球市场将价值8900亿美元。其中，使这些车辆成为可能的联网和自主技术市场预计将达到1370亿美元。

如果要实现这样的数字，自主设备需要实现真正的大众市场采用。要做到这一点，产品制造商在获得关键支持技术之一（高精度定位）的方式上需要有一个飞跃。这是因为我们正在谈论的那种设备需要知道，在厘米之内，它们在任何时候都在哪里。此外，这些位置信息需要可靠且经济高效地提供给非常大的设备群。

为什么我们需要GNSS增强数据

位置信息通常使用来自全球导航卫星系统（GNSS）之一（如GPS或伽利略）的数据进行计算。然而，仅使用GNSS数据无法提供高精度设备所需的精度。卫星时钟和轨道误差、信号偏差以及电离层和对流层影响等因素意味着您只能可靠地将设备位置精确定位到2-5m以内。

要达到下一代套件所需的低于 10 厘米的精度水平，您需要使用 GNSS 校正或增强数据服务。

这些服务使用固定地面站网络从GNSS卫星收集数据。他们根据卫星数据计算空间站的位置，并将其与空间站的已知位置进行比较。这使服务能够识别并纠正附近设备将遇到的任何不准确之处。然后将这些数据分发到附近的设备，这些设备使用它来完善自己基于GNSS的位置计算。

传统增强数据服务面临的挑战

增强数据服务并不是什么新鲜事，但传统方法有局限性。这些会给产品团队带来显著的成本、复杂性和延迟，或者可能意味着增强数据服务不能用于某些应用程序。

无法可持续地扩展

第一个主要挑战是围绕扩展以支持大型设备群，而不会破坏银行。例如，实时运动学（RTK）增强服务需要大约4.5 kbps的带宽，并且依赖于服务与每个终端设备之间的双向通信。另一方面，精确点定位（PPP）服务使用单向通信，但仍需要2.5至5 kbps。在这两种情况下，网络成本都可能很快变得过高。

难以集成和管理

第二个挑战是易于集成增强数据和持续的车队管理。例如，某些服务使用专有消息格式，而通信模块本身不支持基于 HTTP 的 RTCM 通过互联网协议 （NTRIP） 1.0 的网络传输（由其他服务使用）。

因此，使用任何一种类型的服务都会为工程和产品管理团队增加重要且持续的开销，从而减少他们可用于高价值创新工作的时间。

可靠性和服务范围

许多需要低于10厘米精度的应用都是关键任务，这意味着对增强数据服务的访问必须快速可靠。只要设备可能被使用，也需要覆盖。

一些增强数据服务可能需要几分钟到半个小时才能实现初始的10cm以下位置，这对于许多用例来说还不够快。

与此同时，其他增强服务仅依赖于基于IP的通信，因此仅在移动互联网接入可用的情况下才能工作。

在其他地方，如果服务仅发送由设备最近的参考站计算的增强数据，则准确性可能会有所不同。设备离该站越远，其计算的位置读数就越不准确。

设计下一代GNSS增强数据服务

为了应对这些挑战，u-blox着手创建下一代状态空间表示（SSR）增强数据服务，以设计未来自主设备的需求为核心。

该服务被称为PointPerfect，通常提供3到6厘米的精度和10-30秒的启动时间。它可与 u-blox 和其他支持 SPARTN 数据格式的商用高精度 GNSS 模块配合使用（下面将详细介绍）。

为了了解PointPerfect如何应对当今产品供应商面临的挑战，让我们来探索它在技术上与其他服务有何不同。这将使组织能够就其产品使用哪种增强数据服务类型做出明智的决定。

任何规模的效率

为了使PointPerfect成为运营任何规模的设备队列的组织的可行解决方案，其第一个核心原则是效率。

增强数据消息使用高效的实时导航安全位置增强 （SPARTN） 开放数据格式通过 MQTT 消息传递协议发送，该协议本身在规模上比 HTTP 效率高得多。因此，使用 MQTT 使用户可以轻松地利用增强数据，无论他们是运行一百台设备，还是一百万台设备。

通信是通过设备订阅的单个出站广播流进行的，而不是需要与每个连接的端点进行双向通信。这导致最大带宽要求为2.4 kbps，并最大限度地降低了网络传输成本。

可靠增强数据的广泛可用性

广泛而可靠的可用性是第二个核心原则。这是必须的，因为许多工程师将设计需要在没有移动互联网覆盖的地区运行的设备。完美GNSS增强数据通过L波段卫星信号和移动IP传输。开发团队在一些极端环境中严格测试了这种卫星能力（在下一节中将详细介绍）。双通信通道有助于使终端设备与PointPerfect服务的99.9%正常运行时间保证保持一致，该保证适用于其可用的地理区域（目前欧洲大部分地区和美国本土，距离海岸线最远22公里）。

此外，设备接收基于多个参考站的增强数据，以提高位置精度。

自助服务访问/易用性

PointPerfect的第三个核心原则是易于集成，并能够直接管理大型设备群。

SPARTN 是一种开放数据格式，大多数商用调制解调器都本机支持 MQTT 消息传递协议。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。总而言之，这降低了风险并缩短了上市时间。

此外，PointPerfect通过一个名为Thingstream的企业级云平台提供，为产品团队提供了一个自助服务环境，可以在方便的时候部署和管理他们的设备。该平台包括一个图形数据流管理器，用于构建消息和与设备的连接，以及一个用于与其他服务集成的API。

测试L波段卫星连接

由于许多自主设备需要在移动互联网覆盖较差或不存在的地区运行，因此拥有第二个通道来提供GNSS增强数据至关重要。为此，“完美点”使用基于卫星的L波段通信。

在开发 PointPerfect 解决方案的过程中，在各种具有挑战性的位置进行了广泛的道路测试，以验证 L 波段作为这种潜在关键任务数据的交付机制的可靠性。

严格的测试表明，即使在PointPerfect覆盖区域内一些最具挑战性的条件下，通过L波段接收的增强数据也可以成功地用于始终将位置精确定位到必要的范围内。

测试方法

由于PointPerfect是为大众市场设计的，因此重要的是要确保它能够有效地工作，而无需高度专业化（因此昂贵）的设备，例如大地测量接收器。这意味着在车辆车顶上使用标准性能的Talesman TWA928L汽车天线来接收L波段卫星信号，以及具有多频段功能的u-blox F9高精度GNSS技术平台。

关键的测试是确保通过L波段接收的数据是连续的，完整的和可用的，这样我们就可以始终将我们的位置计算到所需的精度水平。

在具有挑战性的条件下进行测试

我们规划了我们的路线，将我们带到卫星信号接收可能具有挑战性的地区。这包括进入瑞典北部的北极圈，以测试当天空中卫星的高度非常低时，信号接收就足够了。在我们旅程的最北端 - 赤道以北66°，卫星高度下降到16°，而赫尔辛基的海拔高度为21.8°，罗马为40°。

我们还前往覆盖区域中发现的一些最极端的条件，以确保信号强度在这些环境中足够。这包括加利福尼亚州东南部的巨大沙漠，华盛顿州的广阔山脉，以及西雅图和圣地亚哥等建成的城市地区，高层建筑可能会影响卫星信号接收。

下面的地图显示了我们的两条测试路线。

无故障运行

尽管条件具有挑战性，但在整个测试过程中接收到的L波段信号足够强大，能够成功接收增强数据服务。因此，我们能够在整个过程中以小于10厘米的水平精度，在2西格玛或95%置信区间内精确定位我们的位置。

解放您的工程师进行创新

在工业、汽车和消费技术领域，下一波自主设备将严重依赖高精度定位信息。那些设计未来自主产品的人需要一种利用GNSS增强数据的方法，而没有传统服务固有的开销。通过消除这些挑战，产品供应商将解放其工程团队，让他们专注于高价值的创新工作，缩短上市时间，削减持续的维护开销，并使自己能够提供价格具有竞争力的下一代产品和服务。

审核编辑：郭婷