使用套件快速开发基于 GNSS 的精密定位应用

全球导航卫星系统 (GNSS) 的使用已成为基础导航的常规方式。然而，新兴应用对定位精度的要求远远超出了传统卫星导航系统的能力范围。尽管可以找到能够让定位信息越来越精确的 GNSS 校正方法，但这些方法的部署在确保所需的精度、可靠性、易集成性和强大的安全性方面面临着多重挑战。

不过，在解决这些问题方面正取得快速进展。让我们来看看来自 u-blox 的一款全集成、全频段高精度 GNSS 模块以及相关评估套件、软件和服务，其设计旨在帮助您快速部署需要厘米级精度的定位系统。

为什么各种应用需要超越基本 GNSS 的定位精度

基于 GNSS 的导航已成为个人和商业运输应用的常规组成部分，这些应用要求精度在几米以内。广域增强系统 (WAAS) 等校正方法的出现，进一步将定位精度提升到了航空精确进近所需的 1 至 2 米，但这对于更广泛的应用来说仍然不够精确。

例如，传统的单频段 GNSS 模块通常缺乏所需的精度、速度和稳健性，因此不适合需要车道级精度的高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和自动驾驶功能。同样，无人机或自主地面车辆的有效解决方案取决于快速信号收敛、卓越的精度和抗干扰能力。

精准农业与重型设备应用需要厘米 (cm) 级精度，尤其在偏远地区更是如此。传统的基于互联网协议 (IP) 的校正服务在那里力不从心，饱受覆盖盲区、性能不稳定以及高昂运营成本问题的困扰。

同样，电信基础设施需依赖纳秒 (ns) 级的时间同步，而传统 GNSS 模块因精度有限且易受欺骗与干扰影响，难以满足这一严苛要求。

传统的全频段 GNSS 解决方案可以提高精度，但往往会带来复杂性、更高的功耗需求和更高的成本。u-blox 的 ZED-X20P 全频段高精度 GNSS 模块直接解决了这些应用特定的挑战。

全面的解决方案如何提高定位精度

u-blox 的 ZED-X20P 模块旨在为应用提供覆盖范围最广的精确定位数据，可同时捕获多个 GNSS 频段，包括 L1（1559 至 1610 兆赫兹（MHz））、L2（1215 至 1252 MHz）、L5（1164 至 1210 MHz）、L6/E6（1260 至 1300 MHz）和 L 频段（1520 至 1559 MHz）。

该模块的全频段功能使其能够支持多个 GNSS 星座，包括全球定位系统 (GPS)、伽利略卫星导航系统、北斗卫星导航系统 (BDS)、星基增强系统 (SBAS)、准天顶卫星系统 (QZSS) 和印度星座导航系统 (NavIC)。请注意，如果您确实需要限制功耗，您可以将模块配置为仅接收部分 GNSS 星座。

对于开发人员来说，该模块旨在加快系统集成并降低复杂性，凭借其高度集成的架构（图 1），为高精度定位提供即插即用的解决方案。

图 1：ZED-X20P GNSS 模块提供全面的多频段和多星座支持、集成安全性和快速收敛算法，帮助开发人员简化高精度 GNSS 设计。（图片来源：u-blox）

该模块将其多频段射频 (RF) 前端与数字块相结合，该数字块包括处理器、GNSS 引擎、集成闪存和具有可配置时间脉冲同步输出的专用定时引擎。该模块采用紧凑型表面贴装封装，尺寸仅为 17.0 × 22.0 × 2.4 mm，在 3.0 伏电压下的典型工作电流约为 55 mA。

该模块的集成频谱分析仪可以监控射频环境中的干扰，同时 ZED-X20P 还可以防御多种直接威胁。该模块的多层防御包括基于信任根的安全引导与安全存储、干扰和欺骗检测，以及对伽利略开放服务导航消息认证 (OSNMA) 的支持（图 2）。伽利略 OSNMA 确保从伽利略卫星的安全端到端传输，为民用用户的安全关键型 GNSS 应用提供认证。

图 2：ZED-X20P GNSS 模块对伽利略 OSNMA 的支持确保了从伽利略卫星的安全端到端传输，为民用用户的安全关键型 GNSS 应用提供认证。（图片来源：u-blox）

对于精密定位应用，该模块支持采用观测空间表示 (OSR) 的实时动态定位 (RTK) 校正和采用状态空间表示 (SSR) 的精密单点定位实时动态定位 (PPP-RTK) 校正。

采用 OSR 的 RTK 校正测量值以海事无线电技术委员会 (RTCM) 报文的形式送达，这些报文由校正数据提供商通过互联网使用基于 IP 的 RTCM 网络传输 (NTRIP) 协议传输。该模块的 RTK 操作模式为使用网络 RTK (nRTK) 或单站 RTK 构建的相对较短基线的应用提供了直接的解决方案。对于 nRTK，该模块使用来自运营 VRS 网络的虚拟参考站 (VRS) 服务提供商的 RTCM 校正。在单站 RTK 中，参考站架设在本地，向移动站接收机传输校正数据。

例如，机器人割草机应用可以轻松使用单站 RTK，其中一个 ZED-X20P 模块用作参考站，向作为移动站接收机的第二个 ZED-X20P 提供校正（图 3）。

图 3：利用对采用 OSR 的 RTK 的原生支持，两个 ZED-X20P 模块可以快速配置，以支持像机器人割草机这样的短基线应用。（图片来源：u-blox）

采用 SSR 的 PPP-RTK 也使用 NTRIP 协议，但该协议不是提供特定的校正数据，而是使用实时导航安全位置增强 (SPARTN) 格式将以卫星为中心的模型（包括轨道、时钟和信号偏差）传输到接收机。利用接收到的流式数据，采用 SSR 的 PPP-RTK 接收机可自主计算本地校正值，其所用的数据包含于通过移动互联网或 L 频段卫星广播传输的 SPARTN 报文之中。

由于该校正协议将非常低的数据速率与接收机计算的校正相结合，因此对于通信带宽有限的长基线应用特别有效。凭借其 L 频段接收能力及对 SPARTN/SSR 的原生支持，ZED-X20P 模块非常适合无人机 (UAV)、农业设备及物流/运输系统等应用场景——在这些场景中，移动互联网连接顶多只能做到时断时续。为了获取校正信息，您可以利用 u-blox PointPerfect Flex PPP-RTK 校正服务，该服务提供高性价比的按使用量计费的方案，支持通过移动互联网连接或 L 频段卫星连接传输的 SPARTN 格式报文。

通过使用高质量天线（如 u-blox ANN-MB2-00）接收可靠的校正数据，ZED-X20P 模块可实现 0.6 cm + 百万分之一的 RTK 定位精度，以及小于 6 cm 的 PPP-RTK 定位精度，RTK 和 PPP-RTK 的典型收敛时间分别为小于 7 秒和小于 40 秒。

开发资源加速了评估与集成

虽然 ZED-X20P 模块的功能有助于简化系统集成，但 u-blox 的 EVK-X20P-00 评估套件（图 4）可帮助您加快模块评估。除了电缆和 ANN-MB2-00 天线外，该套件还包含一块电路板，这块电路板集成了一个围绕 ZED-X20P 模块设计的完整 GNSS 接收机。

图 4：EVK-X20P-00 评估套件简化了 GNSS 原型开发和集成，为快速开发提供了易于使用的硬件和软件平台。（图片来源：u-blox）

为了加快应用评估，u-blox 的 u-center 2 GNSS 评估软件包附带了 NTRIP 服务器/播发器以及客户端工具，因此您可以通过 RTCM 运行采用 OSR 的本地基站和移动站配置，或将客户端连接到 PointPerfect Flex 以实现采用 SSR 的 PPP-RTK 定位。

结语

许多新兴的机器人、汽车、农业、物流和定时应用需要厘米级定位数据，而基本的 GNSS 和不均衡的 IP 连接无法可靠地提供这些数据。u-blox 解决方案组合，包括 ZED-X20P GNSS 模块、EVK-X20P 评估套件、u-center 2 软件和 PointPerfect Flex GNSS 校正服务，为部署位置和时间敏感型应用提供了一条快速路径。