近些日子,人們對于用智能手機實現車道級定位議論紛紛,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的GNSS高精度定位問題?用什么方法?需要多長時間?其實,是個仁者見仁、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。這里談的不是技術可行性,而是可以規模化應用和產業化推廣。從技術層面,現在就有現成的解決辦法,然而還是存在某些難言之隱。
從GNSS雙頻芯片而言,已經有好幾款智能手機裝有這類芯片,最近國外有的科研團隊進行高精度測試,用的智能手機包括有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兒比手機大得多的大地測量天線,放置在房頂上,經由分路器、前置放大器,再由螺旋天線轉發,才讓智能手機接收,不然無法實現高精度定位。這里涉及GNSS原始數據下載(利用Google程序-GNSSLogger)、載波相位測量和RTK/PPP方法、與慣性導航數據的融合處理、誤差建模、多徑效應處理等一系列問題。為了得到高質量的數據,還需要解決天線環境優化、相位中心定標、量化多徑抑制與扼流圈平臺,同時GNSS與MEMS-IMU的緊耦合有助于周跳檢測和整周多義性求解。
盡管有最新的創新在不斷發揮作用,但是高精度在智能手機中的大規模使用,仍然存在一些關鍵限制因素。頻繁的周跳、偏差和高噪聲/多徑效應的混合仍然挑戰著定位的處理算法。研究分析表明,極端微弱信號面臨的多徑抑制、智能手機天線難題與高的PCV是分米機厘米級定位的主要障礙。顯然,天線參數、方向圖、平均相位中心及其與人體的感應和相互作用影響,均需要加以重視。同時,智能手機中的MEMS-IMU作用不可小看。天線 PCV 校正可在移動操作中應用,照顧智能手機的使用內部 IMU 的姿態。與 GNSS 天線相比,智能手機內部 IMU 測試出驚人的良好性能。關鍵是需要詳細說明IMU 誤差模型,但一旦獲得它們,IMU 將提供精確地幫助導航解決方案,可能在未來的算法中包括周跳修復或彌合由于多種原因造成的數據缺失。慣性測量單元輔助周跳檢測和糾正采用緊耦合融合策略,以及擴展傳感器的開發校準模型,都是需要強調的內容。
從第一性原理出發,實際上由于GNSS多星座多頻率的出現,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,更加展現廣闊天地。而且由于長期的工作積累,已經讓時空數據庫豐富多彩,從規模化產業化的角度來說,我們應該從用戶的需求出發,實現極其簡單的解決方案,推進第一性原理在北斗新時空科技產業領域的實施。可以從三個方面下手:一是盡可能地用相對定位代替絕對定位,因為絕大多數服務都是本地化的,無需全球坐標,容易實現高精度,包括更多的室內定位,及所有的非開闊空間,這種思維轉變將打開一片無限廣闊的發展空間;二是盡可能把重點從硬件研制轉變到軟件研發,盡可能地在大眾應用的這些領域,更多的使用單頻接收,單頻與雙頻的差異,在于電離層改正,現在有那么多的雙頻觀測站,有那么多的GNSS氣象學數據,完全可以形成全球電離層實時動態改正模型,供單頻機改正所需,無需每個GNSS接收機都用雙頻體制,規避了雙頻帶來的許多問題;三是充分利用智能手機本身業已具備的時空信息提供能力,實現多傳感器融合,特別是MEMS-IMU,以及時空標簽信息,真正實現多重數據融合。做好以上三點,在明后年說不定規模化產業化的高精度大眾化應用服務就會脫穎而出。記住,北斗新時空需要大力推進第一性原理,將時空信息武器賦予人民大眾,這是北斗的功勞。
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