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核心技术
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双 RTK 引擎
DUAL-RTK Solution 是实现单板卡双天线定位定向接收机(UB482 / UM482)双路 RTK 引擎的解决方案,单板卡双天线 GNSS 接收机主天线进行高性能 的 RTK 定位解算,同时启动第二路 RTK 引擎,充分利用 GNSS 接收机的从天线信号进行高精度 RTK 定位解算。DUAL-RTK Solution 使能之后 GNSS 接收机将输出两个高精度 RTK 定位结果,并且清楚标明是 主天线的 RTK 定位结果,还是从天线的 RTK 定位结果。以此同时定位结果也注明 RTK 解的状态。单板卡双天线定位定向接收机(UB482 / UM482)输出双路 RTK 定位结果,增强了 GNSS 接收机的可靠性, 提高了 GNSS 接收机可用性。特别在实际道路及农田作业中,主天线收到遮挡后,失去了 RTK 定位结果;从天线如果还能收更多卫星,DUAL-RTK Solution可提供从天线的高精度 RTK 位置信息。
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瞬时测向
INSTANT HEADING 技术利用和芯星通单板卡双天线提供的同步、对称的、具备多径抑制的全系统多频点的双天线观测值,在测向解算中引入多模多频载波的宽巷、窄巷等多种组合的模糊度搜索算法、 周跳探测与修复算法、多径误差模型算法等,实现单历元固定模糊度,大大提高测向的实时性和可靠性。同时和芯星通单板卡双天线对 GPS、BDS2、BDS3、GLONASS、Galileo、QZSS 等全系统的支持,也提高了 INSTANT HEADING 的可用性和精度。 INSTANT HEADING 技术目前实时可用卫星已超过 50 颗,而且还在不断增加。得益于和芯星通芯片上优化的测向算法,优化的矩阵运算算法、硬加速的浮点运算功能,即使在超过 50 颗多频卫星参与测向解算的情况下,也能提供超过 50Hz 的测向更新频 率。完美满足可以高动态、高精度、高可用性、高可靠性的需求。和芯星通的 INSTANT HEADING 技术已实现与板载的 INS 紧组合,即使在卫星信号受到遮挡的情况下,也可以长时间维持高精度的测向功能,进一步提高了测向可用性。
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差分数据中断后的 RTK 维持
RTK 通过基站和移动站误差的相关性,来消除电离层、对流层、卫星轨道、卫星钟差等误差,从而实现厘米级定位精度。在基站数据中断后,因为移动站观测值和几十秒以前的基站数据中的电离层、对 流层、卫星轨道、卫星钟差等误差的相关性减弱,时间越长,相关性越弱,定位精度快速下降。普通接收机在差分数据中断 20 秒以后将无法提供 RTK 服务。和芯星通的 RTK KEEP 技术在基站数据中断后通过模型和参数估计消除卫星轨道、钟差、电离层、对流层等影响定位精 度的误差。即使在差分数据中断后,可维持厘米级定位精度超过十分钟以上。这可以大大提高 RTK 的可用性,特别是对于无人机、林业作业等电台或无线网络通信经常受到干扰或遮挡的应用。
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伪距载波联合位置平滑
TDIF 是综合利用伪距、载波、Doppler 观测量进行组合定位解算的技术。TDIF 充分利用载波相位观测值精度高、伪距观测值的绝对定位功能、Doppler 的测速功能,结合独创的综合定位解算算法, 消除载波相位的整周模糊度以及接收机的钟差等误差,并采用广义卡尔曼滤波算法进行解算。从而有效提高 GNSS 接收机的定位测速精度。 TDIF 提供了平滑的位置和速度信息,由于 TDIF 同时使用伪距、载波和 Doppler 观测值进行定位,较好的优化了单纯伪距和 Doppler定位测速时噪声较大的缺点。对电离层、对流层等误差通过模型和观测值组合进行削弱,与传统 伪距和 Doppler 定位测速相比,TDIF 定位测速结果更平滑,抖动更小,精度更高。 TDIF 充分利用和芯星通全系统全频点的技术优势,多系统、多频点的伪距、载波、Doppler 观测值组合的广义卡尔曼滤波算法,不仅可以大大提高定位测速精度,还可以提高定位测速的可用性。 在无基站的差分数据时,TDIF提供了平滑的定位解决方案。TDIF 的相对位和绝对定位均可达到比较平滑稳定的结果,得益于高精度的载波相位观测量及伪距、Doppler 观测值组合的卡尔曼滤波算法。其相对定位精度在连 续两个历元之间保持在 1cm 以内。并且在 15min 甚 至 30min 以 内,相对定位精度都会保持在 10cm以内。
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满天星 RTK 技术
和芯星通板卡可以跟踪所有卫星导航系统的所有频点,包括 GPS 三频、BDS2 三频、BDS3 四频、GLONASS 双频、Galileo 三频、QZSS 三频等。和芯星通的满天星 RTK 技术,可以充分利用所有系统所有 频点观测值。即使在客户所用的基站(或网络 RTK虚拟基站)不具备全系统全频点功能,满天星 RTK技术也可以让没有基站观测值的卫星或频点参与RTK 解算,大大提高 RTK 的可用性、可靠性、精度。 同时满天星 RTK 算法充分利用全系统全频点的优势,拥有完善的周跳探测与修复技术,多模多频组合的窄巷、宽巷、超宽巷模糊度组合技术,通过多频组合、模型和参数估计等方法完全消除电离层、对流层、 多径等误差,大大提高了 RTK 的初始化时间、可靠性和精度。 满天星 RTK 技术目前实时可用卫星已超过 60颗,而且还在不断增加。得益于和芯星通芯片上优化的 RTK 算法,优化的矩阵运算算法、硬加速的浮点运算功能,即使在超过 60 颗多频卫星参与 RTK 解 算的情况下,也能提供超过 50Hz 的 RTK 更新频率。完美满足可以高动态、高精度、高可用性、高可靠性的需求。
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单站高精定位
STANDALONE 充分接收机单频或多频的伪距、载波、Doppler 等观测值信息,通过模型和参数估计消除 卫星轨道、钟差、电离层、对流层等影响定位精度的误差。STANDALONE 在不需要任何外部精密数据的支持 下,长时间维持相对于起始点厘米级精度的相对定位。对于农机、无人机、智能机器人等很多需要高精度 的 path-by-path 定位应用的领域,STANDALONE 可大大降低应用成本和复杂性。 STANDALONE 可以在水平方位方位维持 5~20cm 定位精度长达半小时,维持 30cm 定位精度长达一个小时。 对于无人机、智能机器人等需要充电,每次充电作业时间在一小时内的应用,STANDALONE 完全可以替代目 前的 RTK、PPP 等技术,而且不需要设备来接收差分数据或精密轨道钟差数据。
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多系统多频点高精度授时
传统的单站卫星信号授时精度受到卫星轨道、卫星钟差、伪距观测值噪声、电离层、对流层等误差及卫星分布的影响,单频 GPS 授时只能达到几十纳秒的精度,而且可用性不高,其中主要的误差因 素是电离层和对流层误差。和芯星通多系统多频点授时系统,利用和芯星通板卡高精度的 GPS 三频、BDS2 三频、BDS3 四频、GLONASS 双频、Galileo 三频、QZSS 三频等观测值,利用伪距和载波观测值减少观 测值噪声,通过多频点多种消电离层组合消除电离层误差以及提高抗干扰能力,利用独特的对流层模型削弱对流层误差,多系统来改善卫星分布并提高可用性,使得授时精度提高一个数量级,达到2纳秒, 可用性提高几个数量级,达到 99.99999%。在共视授时时,和芯星通多系统多频点授时系统利用独特的电离层和对流层模型,消除基站和移动站之间电离层和对流层不相关部分,并同时利用伪距和载波观测值,从而进一步提高共视授时的精度,共视授时精度达到 1 纳秒。
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组合导航低时延高频率输出技术
组合导航低时延高频率输出技术是和芯星通在组合导航产品中采用的高效能全同步时间轮调度技术,GNSS 模块采用和芯星通自主研发的星云系列基带芯片,该芯片基于 55nm 低功耗工艺,集成了两 颗 600MHz 的 ARM 处理器和专用高速浮点运算处理器,提供强大的 GNSS 信号处理和定位解算处理能力。IMU 模块选用灵活,从低端消费级到中高端的MEMS 器件,均能与 GNSS 进行有效组合应用。 在组合方式上,独特的 Ufusion 算法,能够自适应外部的各种输入信息,采用最优的组合滤波算法。如能够根据 GNSS 的信号情况自动选择进行松组合或紧组合;能够根据 GNSS 的定位方式,自适应选 择 SPP、DGPS 或 RTK 结果与 INS 组合;能够根据双天线的 HEADING 信息是否有效自动判断是否进行HEADING/INS 组合;能够根据里程计信息是否有效自动判断是否进行 Odo/INS 组合等。 组合导航系统 GNSS 和 INS 采用同一个时钟,时间同步误差小,信息同步精度高,而且能够灵活控制 GNSS 信息和 INS 信息的计算和输出次序,满足 100Hz 的位置、速度、姿态数据的输出,最大程度的降低输出时延,使得输出时延小于 3ms。 当车辆在高速公路上行驶时,假如载体运行速度为 120km/h,相当于 33.3m/s,如果数据频率为1Hz,则两次输出之间,载体已经运动了 33.3m,如果数据频率为 10Hz,则两次输出之间,载体运动了3.3m,均已超过了车道级的精度要求,只有 100Hz 的定位输出,才能使两次数据的间隔小于 0.33m,满足自动驾驶的需求;同理,若数据存在时延,100ms的时延将带来 3.3m 的误差,这对自动驾驶而言是无法忍受的。如果时延小于 5ms,则误差为 0.16m,才可以满足车道级定位要求。
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多径干扰检测和抑制算法
由于 GNSS 接收机使用环境的多样性,多径干扰的情况也具有多样性。有多径信号与直射信号共存,多径信号比直射信号能量弱的情况 ;也有多径信号与直射信号共存,但多径信号比直射信号能量强的 情况;甚至存在只有多径信号而无直射信号的情况。此外接收机静态和动态时,多径信号的干扰特点又有较大差别。 UMDM 技术针对不同的多径干扰情况,采取诸如抗多径鉴相器、频域多径检测与消除、多径信号切换检测、PVT 对多径干扰观测量筛选与权重调整等方法,可有效抑制多径干扰对观测量以及定位精度造成的影响。 和芯星通新一代 GNSS 芯片 FireBird-II 支持 L1+L5 GPS/BDS/GLONASS/GALILEO 双频信号接收与处理,利用 L5 频段 10.23MHz 高码率的优点,采用 L1 和 L5 双频观测量校验和组合方法,进一步抑制多径干扰并显 著提升在市区、林荫等多径干扰严重的环境下的定位精度与可靠性。
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全自由组合导航算法
为了解决自由安装和单惯导精确定位问题,UFRIN (Unicore Free-roam integrated navigatioin)组合导航系统 在不增加传感器的前提下,利用惯性传感器原始输出判定当前车辆的运动状态以及组合导航滤波器误差状 态是否收敛,在 GNSS 定速精度较高的情况下估计惯导安装角,在 GNSS 观测失效的情况下,引入车辆运动 模型约束,构建虚拟观测量,抑制微惯性航位推算误差的积累,实现城市环境车辆载体的连续、可靠、和 精确定位。 UFRIN 组合导航系统包括数据采集、车辆运动状态判定、姿态收敛性判断、安装角估计 / 安装角误差标 定以及车辆组合定位。在下图中,数据流向从左至右,数据采集模块包含IMU传感器和GNSS双频接收机芯片。
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动态低功耗技术
GSE 是针对芯片设计的一种智能管理电源的算法,可以适用于和芯星通已发布的民用导航芯片和模组, 通过软件算法,自由的控制电源模块、RF 模块以及 CPU 和芯片基带等,并可以识别客户的应用场景,在灵 活控制功耗的前提下,保证优越的定位导航性能。