高精度定位如何实现？

内容纲要

GPS的定位误差通常大约10米，10米级别的误差显然无法满足现代社会的定位需求，那么有没有一种办法可以减小这种定位误差呢？显然是有的，就是接下来要用到的RTK技术。在嵌入式应用当中如何快速方便的使用RTK技术呢？

1、背景介绍

针对如何在嵌入式应用中快速方便的应用RTK技术，最近找到一个很方便的方案，就是在自己开发嵌入式系统时采用集成RTK算法的GNSS模块，然后依托定位服务提供商（这次选择的是千寻）提供的高精度定位服务，来实现高精度定位。

这次验证采用千寻MC180M(单频高精度定位模组)。

MC180M 是千寻推出的一款高性能、高集成度的单频高精度定位模组。MC180M 支持全球所有民用导航系统，包括 BeiDou、GPS、GLONASS、Galileo 和 QZSS，可同时跟踪 BDS B1I，GPS L1C/A，Galileo E1，GLONASS L1，QZSS L1 信号。

MC180M 集成超强运算能力的定位芯片，内置高精度 RTK 定位算法，设计兼容市场主流 GNSS模组产品，兼具低功耗和小型化的特点，提升设备的续航能力。MC180M 应用领域覆盖资产追踪、人员定位和车辆管理等，联合北斗地基增强系统，为高精度导航定位提供“云端一体”解决方案。

2、实现高精度的基本原理

2.1 实现高精度的具体流程如下图所示。

2.2 基于Ntrip协议的高精度实现步骤：

GNSS模组通过天线，从卫星获得粗略位置数据；
GNSS模组通过uart向本地处理器（PC/MCU）发送粗略位置数据；
在本地处理器配置Ntrip协议，向定位服务商（千寻）服务器上报粗略位置数据；
定位服务商（千寻）服务器向终端下发差分数据；
终端的本地处理器，通过uart向GNSS定位模组发送差分数据；
GNSS定位模组对差分数据进行处理，之后向处理器发送高精位置数据。

3、开发板评估

3.1 资料

千寻MC180M定位模组评估板
GNSS天线（通过射频转接线连接至开发板）
USB to TTL 转接线
PC端GNSS评估软件(千寻视野QiSCOPE)

3.2 开发板接线

3.3 测试结果

通过简单的接线，参考QiSCOPE的应用手册，根据基于Ntrip协议的高精度实现步骤，很容易收到NMEA数据，实现高精度定位。（测试在窗台上进行，所以信号环境不是很理想，只能达到5=Float RTK状态，开阔环境下应能达到4=Fixed RTK状态）

4、展望

下一步将采用嵌入式设计，代替评估流程中的PC端评估软件的作用，实现Ntrip协议功能与无线通信功能，最终实现嵌入式高精度定位装置。

来源： (1 封私信 / 80 条消息) 高精度定位如何实现？

1、高精度定位一般用在什么场景

通常我们说GPS北斗，基站，WIFI，室内定位的定位精度，都是有条件的。

达盟GPS小编这里主要讲GPS北斗的高精度定位。

GPS北斗的普通定位精度我们一般说单频的在5米左右。这个5米的精度也是有条件的，必须在空旷的场景，周围没有高楼大树的遮挡。有高楼大树的遮挡，普通定位器的精度会在20-50米左右。就算静止放在一个地方，也会出现漂移，上报的位置也会变化，漂移的距离在几十米是经常的。假设不考虑GPS硬件性能问题，静漂是因为星历的变化或者某个强折射信号参与了定位或者天气原因导致的，是GPS定位器定位难题之一，必须使用软件过滤。运动也会产生漂移（可以称之为动漂），概率会小很多。

普通精度的GPS定位器在我们日常大部分的场景都是够用的，比如手机的定位，车队管理，货物跟踪，人员定位，宠物定位，共享单车定位等等。因为定位在5米，10米，这些东西基本都能找到了。那么高精度定位有什么用呢？

我们这里把定位在1米以内，厘米级，毫米级的定位，称为高精度定位。

自动驾驶精度越高越好，厘米级是必须的，不能因为定位不准跑到其他车道把？

现在很多农业自动化机械，比如耕地，收割，都是需要厘米级定位的，否则耕的路线都不是一条直线，收割也会把庄稼践踏了，自动化就没有意义了。

高精度定位在智慧农业行业的应用

测绘地图必须要高精度定位，这个大家都理解。

检测山体滑坡，水坝变现这个都必须是毫米级精度的。

还有一些物品定位摆放，需要高精度定位摆放，会节省很大空间。

现在流行的无人机编队表演，也是高精度RTK技术实现的，否则就会撞击，图像也无法做到想画啥就画啥，可百度搜索达盟GPS小编的文章《无人机编队表演原理|无人机表演失败原因分析|RTK在无人机表演中的应用》。。。。。。

所以，高精度定位在很多行业都有着广泛的刚需。

那么，高精度定位怎么实现呢？

高精度定位，有2种大的类型（单点定位和差分定位），实现的方法有很大分别。下面达盟GPS小编分别介绍一下。

2、单点高精度定位

（1）什么是单点定位

单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，就是说不使用网络进行差分定位。单点定位普通单频方式精度可达5米左右，双频方式精度可达2米左右。多频单点定位精度可以到1.5米左右。这种精度也是在开阔无遮挡的环境下才能达到。

（2）单点高精度定位

我们一般把亚米级别的定位成为高精度定位。单点高精度定位就是不使用差分方法的高精度定位。

（3）单点高精度定位的硬件实现

单点高精度定位对设备硬件的要求很高，主要有定位芯片，放大匹配电路（LNA+SAW等），，GPS北斗天线这几部分。

① 定位芯片与定位模组

定位芯片厂家主要就是ublox，MTK，中科微，泰斗，华大等厂家。GPS北斗定位芯片产品手册给出的定位精度一般是我们做出整机产品获得的最佳效果定位效果了。我们来看主流的单频定位芯片手册的数据：ublox的8030数据是CEP（50%的概率） 2米，中科微的AT6558也是2米（CEP）。

Ublox的8030芯片

基于定位芯片，加上LNA，SAW，匹配电路，做成PCBA，或者加入DR等其他芯片，封装成模块，我们就称之为定位模块（定位模组）。对整机厂家来说，使用模块不用调试定位芯片传导、匹配等性能，大大节省了整机厂家的研发周期（使用模块成本会比使用芯片高些）。因此很多芯片厂家也出模块，还有一些专门做模块的公司，比如移远，广和通，SIMCOM等。这些大公司很多都是上市公司，研发实力雄厚，做的模块一般经过ROSH，CE，FCC等认证，大都是经得起市场考验。比如移远的GNSS模块，如下图。

移远高精度定位模组

我们看到双频模块定位精度，可以达到1米（CEP），这些测试数据都是在空旷，长时间静止，使用最佳硬件环境下测试出来的。一般芯片厂家、模块厂家都会把数据写的最好看，在最佳硬件和测试环境下得到的数据，我们车载整机厂家做出来，肯定没有这么好，因为我们的设备一般体积要求要小，天线一般都只能用普通的陶瓷天线，而且是内置天线。

② GPS北斗天线

天线也是定位中重要的一个环节。根据是否需要供电分有源，无源天线。有源天线因为多一级LNA放大所以比无源天线效果更好。根据频段不同分单频/双频/多频天线。根据极化方向上分又分线性极化（手机上很多用这种），圆形极化（GPS信号是圆形极化的，我们用的陶瓷天线都是圆形极化的）等。还有根据形态和行业分类的比如四臂螺旋式天线（Quadrifilar Helix Antenna ），测量天线，扼流圈天线等。一般测绘用的天线性能是最好的。

通用GPS北斗天线

高精度GPS北斗天线

下面我们看一下基于多频多模，测量天线做的GPS北斗定位设备的定位精度如何：

华测5星16频测绘产品定位精度

设备是华测的i70II，可以看到，单点定位，多模多频，用最好的天线，精度也就是在1.5米左右。这基本上是在不使用差分或者其他网络校正的条件下最好的性能了。

（4）PPP定位技术

对于单点高精度定位，还有一个技术叫PPP，精密单点定位技术（precise point positioning，PPP）采用单台GNSS接收机，利用国际GNSS服务组织（International GNSS Service，IGS）提供的精密星历和卫星钟差，基于载波相位观测值可实现毫米至分米级高精度定位。

PPP一般通过网络或者卫星获取修正数据，单点定位在全球获得高精度的方法。PPP现在已经有很多服务商，基本都需要收费。相对于RTK的OSR（Observation Space Representation观测域修正），PPP属于SSR(State Space Representation状态域修正）。很多服务商能提供30秒左右的厘米级定位了。比如ublox的PointPerfect服务（PPP-RTK技术）。见下图：

ublox的PPP定位技术

中国的北斗在几个GEO卫星B2b频段也播发PPP-B2b信号了，芯片厂家和芯星通UC9810支持支持 B2b-PPP，水平精度：10 cm，高程精度：20 cm（收敛时间 10 min）。

未来，PPP定位技术会逐步普及，单点厘米级定位会在普通应用场景得到普及。

和芯星通的1408通道全系统全频段GPS北斗芯片

总体来说，在没有任何差分和修正数据的情况下，双频和多频定位，比单频定位可以很好地减小电离层误差，减小多径误差，减小复杂环境下卫星数量少造成的几何构型误差，所以在信号比较差的条件下，可以获得更好的定位效果。

3、差分高精度定位

（1）什么是差分定位

差分定位（DGPS Differential GPS）:一个或多个安装在已知位置点上的GPS接收机作为基准站接收机，通过基准站接收机对GPS卫星信号的测量而计算出差分校正量，然后将差分校正量播发给位于差分服务范围内的用户接收机，从而减少甚至消除卫星时钟误差、星历误差、电离层误差、对流程误差，以提高用户接收机的定位精度的方法。

（2）差分定位的分类

① 根据基站发送差分校正的目标参量区分

根据基站发送差分校正的目标参量不同，差分GPS可主要分为位置差分（对定位器要求必须跟基站的算法一致，星座一致，所以比较难使用，基本很少用了）、伪距差分（RTD，精度可到亚米级别）、以及载波相位差分（RTK，精度可达毫米，现在是主流）。

RTK和RTD的介绍，详情可以百度达盟GPS小编的文章《GPS精确定位的RTK与RTD技术比较》。

自己建基站，可以省了给运营差分服务的费用，基站与用户终端之间的距离越近，定位越准，一般有效范围是20公里。

为了实现更广的覆盖，现在出现了CORS（连续运行参考站，Continuously Operating Reference Station），CORS建立一个庞大的基准站网络（目前移动建了4400+基准站，千寻2800+基准站，腾讯2000+基准站），并通过互联网传输这些基准站的校准信息，用户只需要登录帐号（收费）即可获得这些信息并进行校准。因为有更多的基准站，精度也有所提高，也实现了全国各主要城市的覆盖。

② 根据系统所服务的地理方位来分

根据系统所服务的地理方位来分，差分GPS通常分为局域，区域和广域三大类，他们拥有不同长度的基线距离。

上面介绍都是在地面建设基站，属于局域或者区域差分。又叫地基增强系统。地基增强的精度虽然很高，但覆盖范围却有一定限制。定位目标必须处在通信信号覆盖的范围之内，在通信信号难以覆盖的高空、海上、沙漠和山区，则形成了大范围的定位盲区。因此，星基增强的需求出现了。

把差分数据从卫星上播发的系统叫星基增强系统（SBAS，Satellite-Based Augmentation System），一般使用GEO卫星发布，一颗卫星理论可以覆盖地球三分之一的面积。这种精度会差一些，但随着技术的不断升级，现在也有能精确到厘米级别的了（厘米级一般收敛的时间都比较长，静态20分钟左右，动态米级就很快），比如美国StarFire，美国OmniStar，英国Veripos，日本QZSS，中国的千寻位置和中国精度。美国的WAAS，欧洲的EGNOS、日本的MSAS、印度的GAGAN这些SBAS主要是给航空用的，动态米级。

可以百度达盟GPS小编整理的文章《高精度GPS定位的技术实现方法–地基增强系统与星基增强系统》。

3、测绘级顶配产品的定位精度，手机的定位精度，普通车载定位器的定位精度

下面是司南的T50测绘级别的产品，7星30频，并行通道1198个，支持RTK，PPP，SBAS，带惯导，基本是顶配的高精度定位产品了。我们看单点定位精度可以到1米左右，SBAS星基差分精度也可以到1米左右，RTK精度在8mm左右。

司南的7星30频测绘产品

这些测绘级的产品（一般价格都是几万起步），顶配的芯片，顶配的天线可以做到的精度，比我们车载行业的GPS北斗产品精度高几个量级。车载GPS北斗定位器一般要求体积小，天线基本是陶瓷的内置天线，定位精度肯定要比测绘级的低很多。手机因为体积限制，GPS北斗天线都是线性极化的，干扰源更多，更难做到高精度定位。

我们现在用手机的定位精度也是5米左右（一般都是单频多模的），导航基本够用了。

华为号称全球首发，推出了亚米级车道定位手机。现在已经很多款支持的，下边举Mate40为例。

华为Mate40支持的频段算是比较多了（支持蜂窝网络定位 / WLAN网络定位/ GPS（L1 + L5 双频）/ AGPS / GLONASS / 北斗（B1I + B1C + B2a 三频）/ 伽利略（E1 + E5a 双频）/ QZSS（L1 + L5 双频）/ NavIC）,主要集中在L1,L5频段算双频手机吧，但他的米级车道定位也需要用RTK才行。若不用RTK，也只能在3米左右的精度了。这是手机定位现阶段定位最好的产品系列了。

华为亚米级车道导航发布会

高精度定位服务RTK每个月需要1元钱

一般车载定位器单频单点定位精度在5米左右，单频RTK可以到20cm左右的精度。双频单点定位精度在2-3米左右，双频RTK精度可以到10cm左右。达盟科技针对客户的需求，也定制过几款高精度定位产品，可以百度达盟GPS公司达盟科技的网站上的高精度定位产品。

来源：https://www.zhihu.com/question/372772128/answer/2382115243

在物联网时代，大多数的应用或多或少都与位置服务相关联，尤其是对于移动物体而言，定位需求更为明显，因此，定位技术受到了广泛的关注。立足无线模块研发的SKYLAB能够提供满足物联网应用位置服务需求的系列工业级高品质GPS、BDS、GLONASS、GALILEO等GNSS导航定位模块，WiFi模块，蓝牙模块及室内、外定位解决方案。

室外定位方案

从市场需求来说，定位的精度是越高越好，所以，所有的定位技术也在精度方面不断地进行突破，而成本也在产业规模化之后逐渐地降低，“高精度、低成本”的定位方案无疑是未来市场的趋势。本篇SKYLAB君就来为大家简单介绍几款高精度、低成本的室内外定位方案。

基于GNSS定位模块的室外定位方案：

基于GNSS定位模块的室外定位方案

GPS定位，目前市场中GPS定位是最常见的，它信号好、定位精度高、使用范围广，几乎所有需要定位的设备都会优先使用GPS定位。像SKYLAB的GPS模块，在有AGPS或EPO辅助定位的情况下，冷启动速度已经能控制在23s左右了，温启动在2-3s，热启动更是小于1s。北斗定位，北斗定位原理跟GPS是一样的，都是根据天上的卫星来确定当前的位置的。北斗三号性能在北斗二号的基础上，提升了1至2倍的定位精度，建成后的北斗全球导航系统将为民用用户免费提供约10米精度的定位服务、0.2米/秒的测速服务。目前，SKYLAB的北斗模块(多模)的独立定位精度为3M，基于星基增强系统的情况下，定位精度能达到2.5M。

基于UWB技术的高精度室内定位方案：

UWB的定位原理和卫星导航定位原理很相似。如下图，天上的卫星坐标为已知，地上的接收设备同时接收到四个卫星信号就能确定自己的位置坐标（平面和高程坐标）。UWB的定位原理就是通过在室内布置4个已知坐标的定位基站，需要定位的人员或者设备携带定位标签，标签按照一定的频率发射脉冲，不断和四个已知位置的基站进行测距，通过一定的算法精确的计算定位标签的位置。

UWB定位原理

相比WiFi、蓝牙、红外线等室内定位技术，UWB室内定位具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。基于UWB的室内定位方案正在逐步渗透机场、展厅、写字楼、仓库、地下停车、监狱、军事训练基地等需要使用准确的室内定位信息的应用。

目前，天工测控的室内定位解决方案多以定制开发为主，毕竟各个行业领域的客户应用需求各有不同。如果你刚好对SKYLAB的室内定位解决方案感兴趣，可以前往SKYLAB官网咨询，毕竟文字篇幅较小，能够Get的技术干货有限，SKYLAB有专业的FAE技术支持，可以实时提供有针对性的室内定位解决方案及建设性建议。

来源：https://www.zhihu.com/question/372772128/answer/1486614879

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