定位技术（一）——GNSS

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定位模块作为基础服务，在自动驾驶中必不可少，为车辆提供位置和姿态信息。不同的定位技术具有不同的优势和局限，为了获取高精度、高可靠、多场景的定位结果，业界通常采用融合定位方案。其一般针对不同场景，使用多种定位技术进行融合定位，以期获得更优的效果。

今天我们来聊聊绝对定位GNSS。

1.GNSS原理

GNSS（全球卫星导航系统）是一种基于卫星信号的定位技术，通过使用一组分布在地球轨道上的卫星，为用户提供全球范围内的定位、导航和定时服务。目前在用的GNSS为以下几种：

美国：GPS俄罗斯：GLONASS欧盟：Galileo中国：北斗

GNSS的原理基于测量从卫星发射的信号的时间和空间属性来计算接收器的位置，即TOF飞行时间测距法。PS：各种类雷达都是利用此方法进行测距。GNSS系统由多颗卫星组成，每颗卫星都在预定的轨道上运行，其轨道由地面的控制站进行精确的监控和调整。GNSS接收器接收来自至少四颗卫星的信号，并测量从卫星发射到接收器接收信号之间的时间差。通过知道信号的传播速度（光速），接收器可以计算出从每颗卫星到接收器的距离。为了精确计算接收器的位置，GNSS系统使用了三角测量原理。接收器通过测量与多颗卫星之间的距离，可以确定自己在三维空间中的位置。通过将多个卫星的测量结果相互交叉验证，可以进一步提高定位的准确性。


2.GNSS误差

关于GNSS定位的误差，我们可以从三个方面来考虑：发射端、传播端、接收端。

发射端：

卫星钟差：卫星钟的精确度会受到多种因素的影响，例如温度变化、电子器件的老化等，这些因素可能导致卫星钟与地面时钟之间存在微小的差异，进而引入定位误差。卫星轨道误差：卫星在轨道上运动时，可能会受到地球的引力、月球的引力、太阳的引力以及其他天体的引力扰动。这些扰动会导致卫星轨道的微小变化，从而影响定位精度。
星历误差：卫星的轨道预报和星历数据可能存在误差，这会对定位精度产生影响。

传播端：

电离层延迟：电离层中含有大量的自由电子，这些电子对通过其传播的无线电信号会产生影响。当GNSS信号穿过电离层时，电离层中的电子会导致信号的传播速度发生变化，从而引起定位误差。电离层误差通常在天空观测（如GPS）中更为显著，尤其在日落和日出时更为明显。为了减小电离层误差的影响，GNSS系统会广播电离层延迟模型，并通过双频接收器利用不同频率的信号来进行电离层延迟的估计和校正。

对流层延迟：对流层是地球大气层的低层，位于地面上方约10公里至50公里的高度范围内。对流层中存在气象变化、温度梯度和湿度变化等现象，这些因素会对GNSS信号的传播产生影响。对流层误差主要表现为信号传播速度的变化和折射效应，这会引起定位误差。对流层误差通常在地面观测（如基站观测）中更为显著，尤其在较长的测量路径上更容易受到影响。

接收端：

终端钟差：接收器本身的硬件设计和性能也可能引入定位误差，例如时钟不准确、信号采样率低等。

多路径：当卫星信号在传播过程中经过建筑物、树木等物体反射或折射，产生额外的传播路径，导致接收器接收到的信号存在多个到达路径，引入定位误差。

天线相位中心误差：由于天线设计或安装不精确，天线接收到的信号可能与天线的几何中心不完全对齐，导致定位误差。

3.GNSS技术

了解完GNSS的误差来源，那么不同技术路径的GNSS技术，无非就是通过不同的方法去补偿或者消除各种误差的产生。下面就简单介绍一下比较主流的GNSS技术。

RTK:实时动态载波相位差分技术

目前广泛使用的就是RTK技术，其适用性较好，精度较高，能实现厘米级定位。

基本原理：在地面已知基准点建立参考站解算误差修正数据并实时传输到终端，并通过星际站际两次差分观测值通过对观测值各项误差精密建模、估计及消除，可最终实现实时厘米级精度定位。

可消除的误差：卫星钟的系统偏差、轨道（星历）误差的影响 、接收机时钟的误差 、降低大气折射对观测值的影响、多路径的抑制。

    特点：

小范围的精准定位实时定位单个基准站播发

NRTK：网络RTK

特点：

区域性的精准定位

实时定位

区域基准站组网处理

    PPP-AR:精密单点定位

    PPP可以简单理解为一个很强的单点，它有很多种基础基站的建设。这些基站通过卫星数据，把这些误差都在基站做分离处理，再传递给卫星。卫星已经做了误差的消除，再去对车端进行定位，得到一个非常高精度的定位信息。

    特点：

全球范围的次优精准定位

近实时定位 (< 30 min)

广域地面稀疏基准站组网处理

    PPP-RTK：

    特点：

全球范围的精准定位

比网络RTK密度更少基准站，增强信息无需实时播发，等价或优于RTK体验

误差按照状态空间域处理，提供定位的可靠性和时效性

4.实现RTK



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最近感觉日子过得好快，祝大家每天都能过得开心。