高精度定位技術(shù)是當(dāng)今科技領(lǐng)域重要研究方向之一。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，幾乎所有的應(yīng)用場(chǎng)景都與位置信息服務(wù)有關(guān)，尤其是對(duì)于移動(dòng)物體，定位需求更為重要，因此定位技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。

提起定位，大家都會(huì)想到GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）定位。GNSS（Global Navigation Satellite System）是多個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的總稱(chēng)，包括中國(guó)的北斗BDS、美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的GALILEO、日本的QZSS和印度的IRNSS。 GNSS定位基本原理 GNSS衛(wèi)星以導(dǎo)航電文形式發(fā)送星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收機(jī)跟蹤測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)，通過(guò)信號(hào)在空中傳播時(shí)間和速度，計(jì)算出用戶接收機(jī)到GNSS衛(wèi)星的距離，基于衛(wèi)星的星歷計(jì)算出GNSS衛(wèi)星的空間瞬時(shí)坐標(biāo)，根據(jù)距離空間交會(huì)的方法，推算出用戶接收機(jī)的空間三維坐標(biāo)（x,y,z）。 用戶接收機(jī)時(shí)鐘源存在鐘差，是影響定位精度主要誤差之一，為此引入鐘差△tj，所以需要至少接收4顆衛(wèi)星才能推算出用戶接收機(jī)的位置坐標(biāo)。

圖1?GNSS定位基本原理

(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=(ρ1+△ρ1+△ρ2+?C?△tk- C?△tj)2

(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=(ρ2+△ρ1+△ρ2+?C?△tk- C?△tj)2?

(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2=(ρ3+△ρ1+△ρ2+?C?△tk- C?△tj)2?

(x-x4)2+(y-y4)2+(z-z4)2=(ρ4+△ρ1+△ρ2+?C?△tk- C?△tj)2?

(xi，yi，zi) ：衛(wèi)星坐標(biāo)（i=1，2，3，4）；

(x，y，z) ：接收機(jī)坐標(biāo)，未知；

△tj：接收機(jī)鐘差，未知；

△tk：衛(wèi)星鐘差，可修正（k=1，2，3，4）；

C：光的傳播速度；

ρi：接收機(jī)實(shí)際測(cè)得的偽距（i=1，2，3，4）；

△ρ1：電離層延遲誤差，可修正；

△ρ2：對(duì)流層延遲誤差，可修正。

從上面公式可知，接收機(jī)時(shí)鐘源穩(wěn)定度直接影響定位測(cè)算精度，接收機(jī)時(shí)鐘源穩(wěn)定度越高，測(cè)算出接收機(jī)位置精度也越高。 GNSS數(shù)據(jù)誤差 衛(wèi)星下發(fā)的信號(hào)到達(dá)用戶接收機(jī)，經(jīng)過(guò)電離層、對(duì)流層、反射物，最終抵達(dá)用戶接收機(jī)，而并非通過(guò)真空直達(dá)，因此接收機(jī)測(cè)量結(jié)果與其真實(shí)的位置有一定差距，稱(chēng)為偽距。

圖2 GNSS誤差來(lái)源

GNSS數(shù)據(jù)誤差可分為四類(lèi):與衛(wèi)星有關(guān)的誤差、與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差、與接收機(jī)有關(guān)的誤差以及與地球轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)的誤差。

表1?GNSS誤差來(lái)源

1、衛(wèi)星星歷誤差 由星歷給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星實(shí)際位置之差稱(chēng)為衛(wèi)星星歷誤差。衛(wèi)星采用原子鐘作為基準(zhǔn)時(shí)鐘源，衛(wèi)星星歷誤差主要由衛(wèi)星鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生。

改進(jìn)措施包括忽略軌道誤差、通過(guò)軌道改進(jìn)法處理觀測(cè)數(shù)據(jù)、采用精密星歷和同步觀測(cè)值求差等方法。

2、電離層延遲誤差 由于大氣層中的中性分子受太陽(yáng)輻射的影響發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的正離子與電子，電磁波的傳輸速率與電子密度有關(guān)，因此真空中電磁波的傳播速度乘以信號(hào)傳播時(shí)間得到的距離，與衛(wèi)星和用戶接收機(jī)間的真實(shí)幾何距離不相等，誤差范圍可達(dá)50m~150m。

改善措施包括雙頻觀測(cè)、電離層模型輔助修正和同步觀測(cè)值求差等方法。

3、對(duì)流層延時(shí)誤差

由于氣候、大氣壓力、溫度、濕度等變化，電磁波在對(duì)流層傳播速度和路徑都會(huì)受到影響，誤差范圍可達(dá)2.3m~20米。 改善措施包括數(shù)學(xué)模型、參數(shù)、同步、測(cè)量等方法。

4、多徑效應(yīng)誤差 衛(wèi)星信號(hào)下發(fā)給接收機(jī)，通過(guò)不同路徑直達(dá)或經(jīng)過(guò)反射物抵達(dá)用戶接收機(jī)，信號(hào)相互疊加產(chǎn)生干擾，使原信號(hào)失真、誤碼、信號(hào)衰落，稱(chēng)之為多徑效應(yīng)，也是衛(wèi)星定位的主要誤差源之一。

改善措施包括接收機(jī)選址、天線設(shè)計(jì)、天線極化等方法削弱該誤差。

5、接收機(jī)誤差 接收機(jī)的誤差主要來(lái)自時(shí)鐘源鐘差、頻偏、頻漂等，造成測(cè)算定位不準(zhǔn)確，也是主要誤差源之一。

改善措施包括采用高穩(wěn)晶振做接收機(jī)本振時(shí)鐘源、改進(jìn)接收機(jī)電路設(shè)計(jì)等方式消除誤差。

GNSS定位技術(shù)由于受到衛(wèi)星鐘差、電離層、對(duì)流層、多徑效應(yīng)、用戶接收機(jī)鐘差等影響，測(cè)算得到偽距誤差范圍在米級(jí)，無(wú)法滿足自動(dòng)駕駛等應(yīng)用場(chǎng)景高精度定位需求。如何提高定位精度呢？可以采用差分GNSS定位技術(shù)。 差分GNSS定位基本原理 在位置已精確測(cè)定的已知點(diǎn)上配一臺(tái)基準(zhǔn)站，和用戶（移動(dòng)站）同步進(jìn)行GNSS觀測(cè)，將得到的單點(diǎn)定位結(jié)果與基準(zhǔn)站坐標(biāo)比較，求解出實(shí)時(shí)差分修正值。

?

圖3?差分GNSS定位基本原理

差分GNSS定位可分為位置差分、偽距差分和載波相位差分。其中，載波相位差分基于實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站載波相位觀測(cè)量的差分方法，定位精度達(dá)到厘米級(jí)甚至毫米級(jí)。

載波相位差分：又稱(chēng)RTK（Real-time Kinematic）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位技術(shù)，即將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。由于載波的精度遠(yuǎn)高于其內(nèi)容（C/A碼速率是1.023MHz，一個(gè)碼的長(zhǎng)度為977.5ns，即293m，而載波的速率是1575.42MHz，一個(gè)載波的長(zhǎng)度是635ps，即19cm）。因此，載波相位差分可使定位精度達(dá)到厘米級(jí)甚至毫米級(jí)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)站需要高精度定位的領(lǐng)域。常用的RTK定位技術(shù)分為常規(guī)RTK和網(wǎng)絡(luò)RTK。 常規(guī)RTK 常規(guī)RTK定位系統(tǒng)包括：基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、移動(dòng)站。基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路將自己所獲得的載波相位觀測(cè)值及站坐標(biāo)實(shí)時(shí)播發(fā)給在其周?chē)ぷ鞯囊苿?dòng)站，移動(dòng)站通過(guò)動(dòng)態(tài)差分定位的方式，確定移動(dòng)站相對(duì)于基準(zhǔn)站的位置，并根據(jù)基準(zhǔn)站的坐標(biāo)得到自身的瞬時(shí)絕對(duì)位置。?

圖4?常規(guī)RTK組網(wǎng)

基準(zhǔn)站和移動(dòng)站接收機(jī)時(shí)鐘源穩(wěn)定度越高，鐘差越小，測(cè)算位置精度也越高。 常規(guī) RTK定位技術(shù)雖然可以滿足很多應(yīng)用的要求，基于電離層、對(duì)流層延遲誤差在一定范圍內(nèi)具有一致性，所以移動(dòng)站與基準(zhǔn)站的距離不能太遠(yuǎn)，定位精度可達(dá)分米級(jí)。網(wǎng)絡(luò)RTK 網(wǎng)絡(luò)RTK定位系統(tǒng)包括：基準(zhǔn)站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)站。其中基準(zhǔn)站網(wǎng)由若干個(gè)基準(zhǔn)站組成，每個(gè)基準(zhǔn)站都配備有雙頻全波長(zhǎng)GNSS接收機(jī)、數(shù)據(jù)通信設(shè)備等設(shè)備，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間GNSS靜態(tài)相對(duì)定位等方法，可以精確得到基準(zhǔn)站的坐標(biāo)，基準(zhǔn)站GNSS接收機(jī)按一定采樣率進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心對(duì)各個(gè)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和質(zhì)量分析，然后對(duì)整個(gè)基準(zhǔn)站網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一解算，實(shí)時(shí)估計(jì)出網(wǎng)內(nèi)的各種系統(tǒng)誤差的改正項(xiàng)(電離層、對(duì)流層和軌道誤差)，建立誤差數(shù)學(xué)模型。?

圖5 網(wǎng)絡(luò)RTK組網(wǎng)

基準(zhǔn)站數(shù)量越多，接收機(jī)時(shí)鐘源穩(wěn)定度越高，數(shù)據(jù)中心建立誤差數(shù)學(xué)模型越精準(zhǔn)。同樣，移動(dòng)站接收機(jī)時(shí)鐘源穩(wěn)定度越高，測(cè)算定位精度越精準(zhǔn)。 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)與常規(guī)RTK技術(shù)相比，覆蓋范圍更廣、成本更低、定位精度更高、用戶定位的初始化時(shí)間更短，定位精度可以達(dá)到厘米級(jí)。 目前，高精度定位已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航定位、自動(dòng)駕駛、智慧公交、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、車(chē)輛監(jiān)管、智慧高速、道路安全監(jiān)管、網(wǎng)約車(chē)監(jiān)管、鐵路監(jiān)測(cè)、智能停車(chē)、智慧港口、智慧礦山、無(wú)人機(jī)植保、無(wú)人機(jī)航測(cè)、無(wú)人機(jī)物流、無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)、測(cè)量測(cè)繪、電網(wǎng)巡檢、人員定位、橋梁監(jiān)測(cè)、危房監(jiān)測(cè)、可穿戴設(shè)備、高精度手機(jī)定位等領(lǐng)域。

從前面GNSS+RTK定位原理不難理解，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站接收機(jī)時(shí)鐘源鐘差是高精度定位誤差的主要來(lái)源之一?；鶞?zhǔn)站時(shí)鐘源穩(wěn)定度越高，數(shù)據(jù)中心建立誤差數(shù)學(xué)模型越準(zhǔn)確；同時(shí)，移動(dòng)站時(shí)鐘源穩(wěn)定度越高，結(jié)合誤差數(shù)學(xué)模型修正量，最終測(cè)算自身定位精度也越高。 高精度定位應(yīng)用越來(lái)越廣泛，據(jù)GSA數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，GNSS設(shè)備預(yù)計(jì)2029年將達(dá)到28億臺(tái)。我們每個(gè)人都擁有一部手機(jī)，我們?nèi)粘Ｉ铍x不開(kāi)手機(jī)定位業(yè)務(wù)，平均每人至少有1臺(tái)GNSS電子產(chǎn)品，未來(lái)這是一個(gè)海量市場(chǎng)。與此同時(shí)，對(duì)時(shí)鐘源要求也越來(lái)越高，不僅要求高穩(wěn)定度、低相噪，同時(shí)也要求小型化、低功耗、低成本。

大普高穩(wěn)時(shí)鐘源產(chǎn)品，賦能高精度定位全方位解決方案 大普在時(shí)頻領(lǐng)域深耕近20年，提供全系列高穩(wěn)時(shí)鐘源產(chǎn)品，包括：高穩(wěn)時(shí)鐘模組（Clock Module）、恒溫晶振（OCXO）、溫補(bǔ)晶振（TCXO）等系列，具有高精度、低相噪、低功耗、小尺寸、寬溫區(qū)、高抗震、快啟動(dòng)等特點(diǎn)，關(guān)鍵性能指標(biāo)位于國(guó)際領(lǐng)先地位，產(chǎn)品全部自主研發(fā)，從設(shè)計(jì)、制造、工藝、自動(dòng)化測(cè)試等全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化、自主可控，為高精度定位應(yīng)用提供全方位解決方案。