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千尋位置如何應(yīng)對(duì)衛(wèi)星定位頭號(hào)“擾亂者”

2022-06-20 熱度:2386 ℃

  手機(jī)導(dǎo)航會(huì)突然迷路,無(wú)人機(jī)會(huì)無(wú)故偏航,你可能還不知道,這背后的頭號(hào)“擾亂者”,是遠(yuǎn)在天外的大氣電離層。電離層會(huì)折射衛(wèi)星定位信號(hào)造成干擾,導(dǎo)致定位誤差的出現(xiàn)。

  在電離層的強(qiáng)干擾下,千尋位置如何應(yīng)對(duì),保證高精度定位效果?

  電離層對(duì)高精度定位的干擾有多大?

  你可能還未明顯感知到,電離層干擾,正隨著第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的到來(lái),變得愈加強(qiáng)烈。

  而在高精度定位相關(guān)領(lǐng)域,比如測(cè)量測(cè)繪、智能駕駛、無(wú)人機(jī)等,最近不免遇到類似問(wèn)題:“無(wú)人機(jī)怎么無(wú)故就偏航了?”,“為什么RTK終端在部分區(qū)域的空曠環(huán)境下,也出現(xiàn)浮動(dòng)無(wú)法固定的情況?”

  這是因?yàn)槭艿诫婋x層活躍程度加劇的影響,容易出現(xiàn)定位精度不準(zhǔn)甚至無(wú)法定位的情況。

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  電離層變化趨勢(shì)圖

  眾所周知,影響GNSS定位的因素包括衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星軌道誤差等衛(wèi)星相關(guān)誤差;多路徑誤差、電離層誤差、對(duì)流層誤差等信號(hào)傳播路徑相關(guān)誤差;以及衛(wèi)星信號(hào)接收器相關(guān)誤差。

  其中,影響最嚴(yán)重、最難以把握的一大障礙,就是電離層。電離層是在距離地面約60到1000千米范圍內(nèi)的大氣高層,由那些被太陽(yáng)輻射而電離的粒子組成,它是GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))衛(wèi)星信號(hào)從太空到達(dá)地球終端的“必經(jīng)之路”。

  GNSS衛(wèi)星信號(hào)在穿過(guò)電離層時(shí),其傳播速度和方向都會(huì)發(fā)生改變,傳播路徑也會(huì)發(fā)生輕微的彎曲,使得衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生偏移和延遲,從而影響接收終端的定位精度。

  隨著第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的到來(lái),電離層變得更加難以預(yù)測(cè)。這場(chǎng)太陽(yáng)活動(dòng)周期以11年為單位,于2019年12月開始加劇上升,預(yù)計(jì)2025年7月達(dá)到峰值。

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  太陽(yáng)活動(dòng)周期圖

  隨著電離層活躍加劇,區(qū)域內(nèi)的電離層延遲誤差波動(dòng)的幅度變大,頻率變快,不規(guī)則加劇,僅憑傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)判斷或常規(guī)的糾偏算法難以有效消除電離層誤差的影響,滿足高精度定位的需求。躺平還是應(yīng)對(duì)?成為擺在全行業(yè)面前的問(wèn)題。

  應(yīng)對(duì)電離層擾動(dòng)的前提:優(yōu)化算法模型

  優(yōu)化算法模型,獲得更精準(zhǔn)的電離層建模結(jié)果,是應(yīng)對(duì)電離層擾動(dòng)的前提。

  自2016年宣布國(guó)家北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)正式投入運(yùn)行起 ,千尋位置的算法專家們就開始了和電離層擾動(dòng)不斷較量的技術(shù)攻堅(jiān)。

  在國(guó)家北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)“一張網(wǎng)”穩(wěn)定運(yùn)行的6年間,千尋位置積累了業(yè)內(nèi)獨(dú)有的、覆蓋不同地理環(huán)境、大氣環(huán)境等在內(nèi)的多維度時(shí)空數(shù)據(jù),為持續(xù)研究、精準(zhǔn)分析以及機(jī)器學(xué)習(xí)的能力奠定了基礎(chǔ)。

  在保障高精度定位高效、安全、精準(zhǔn)、穩(wěn)健的前提下,算法專家們基于長(zhǎng)周期的數(shù)據(jù)積累,分析定位誤差產(chǎn)生的規(guī)律,構(gòu)建出算法模型的變量與常量,嘗試包括自適應(yīng)調(diào)優(yōu)、機(jī)器學(xué)習(xí)等多種方法,不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)、訓(xùn)練與調(diào)優(yōu),形成了適配包括電離層在內(nèi)的多場(chǎng)景的算法模型,保證電離層活躍期間,仍然能夠獲得精準(zhǔn)的電離層建模結(jié)果。

  “破題”新思路:云端協(xié)同的技術(shù)方案

  算法專家們并沒(méi)有就此止步。他們很快發(fā)現(xiàn),在電離層活躍等級(jí)較強(qiáng)的場(chǎng)景,常規(guī)的建模技術(shù)存在提升空間小、算力成本高的瓶頸。面對(duì)升級(jí)的難題,他們另辟蹊徑,在業(yè)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了云(服務(wù)端)端(用戶端)協(xié)同的技術(shù)方案,將電離層活躍期間的固定率提高至95%以上,定位精度穩(wěn)定在厘米級(jí)。

  千尋位置算法專家陳華博士解釋道:“服務(wù)端與用戶端在電離層處理能力上各有優(yōu)劣之處。服務(wù)端專注于大氣誤差,可以通過(guò)建模改正大部分的電離層誤差,并能夠利用區(qū)域信息對(duì)電離層活躍進(jìn)行判斷,但卻無(wú)法解決電離層建模的殘余誤差問(wèn)題。相比之下,用戶端雖然無(wú)法對(duì)電離層活躍情況進(jìn)行判斷,但可以消除電離層活躍期間的服務(wù)端的建模殘余誤差。”

  云端協(xié)同的技術(shù)方案創(chuàng)新性地將兩者的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行取長(zhǎng)補(bǔ)短,通過(guò)從服務(wù)端播發(fā)質(zhì)量因子信息,“告訴”用戶端當(dāng)前的電離層活躍程度以及是否需要開啟消電離層模式。

  經(jīng)過(guò)對(duì)比測(cè)試,在云端協(xié)同下,當(dāng)消電離層模式開啟后,RTK設(shè)備的固定率從80%左右提升至95%以上,定位精度從分米級(jí)上升至厘米級(jí)。在具體的電離層活躍時(shí)段,效果對(duì)比更加明顯,RTK設(shè)備從基本無(wú)法獲得固定解提升為全程基本保持穩(wěn)定固定解。

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  采納云端協(xié)同技術(shù)方案的前后效果對(duì)比

  首創(chuàng)電離層查詢平臺(tái),實(shí)現(xiàn)查詢與預(yù)警

  對(duì)于極端活躍導(dǎo)致無(wú)法作業(yè)的情況,千尋位置推出業(yè)內(nèi)首個(gè)電離層查詢平臺(tái),則能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電離層活躍狀況的感知、預(yù)警與查詢,為戶外作業(yè)人員提供作業(yè)指導(dǎo)。

  電離層查詢平臺(tái)通過(guò)平靜、中等、強(qiáng)、超強(qiáng)四個(gè)等級(jí),呈現(xiàn)用戶當(dāng)下所處位置的電離層活躍程度。并基于千尋位置對(duì)電離層長(zhǎng)周期觀測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)際影響程度,闡釋不同的等級(jí)對(duì)定位精度的影響。例如,當(dāng)電離層活躍等級(jí)處于強(qiáng)和超強(qiáng)時(shí),將對(duì)定位精度產(chǎn)生較大乃至很大影響。此時(shí),不建議RTK用戶進(jìn)行戶外作業(yè)。

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  千尋位置電離層查詢平臺(tái)

  千尋位置的算法專家青城博士介紹:“我們希望在全國(guó)范圍內(nèi)構(gòu)建精細(xì)化的電離層電子總含量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),如果這個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)可以像日常的天氣實(shí)況播報(bào)一樣,將能發(fā)揮更大的應(yīng)用價(jià)值。”

聲明:以上內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)文章轉(zhuǎn)載,轉(zhuǎn)自千尋位置官網(wǎng)文章,出于傳遞信息及學(xué)習(xí)之目的,不代表本網(wǎng)站的觀點(diǎn)、立場(chǎng),本網(wǎng)站不對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。

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