双频GNSS不能取代惯性导航

本文作者：Mathias Vetter，消费和工业追踪应用首席产品经理

众所周知，GNSS解决方案在城市环境的使用频率最高，但存在的困难也最多。

最好的情况下，深度城市峡谷、下穿通道、隧道、人造天篷和室内停车场只会短暂影响全球导航卫星系统(GNSS)信号质量和定位精度。

而最坏的情况是，这类环境会导致定位服务完全中断，对于依赖精准定位来追踪车队、精简运维和管理账务的企业而言，这会产生极为不利的影响。

目前，市面上已有可同时接收多个星座卫星信号的GNSS接收机，在部分遮挡的环境中，通过增加卫星接收数量，提高定位精准性及稳定性，从而减少环境因素对定位性能的影响。

然而，这虽然可以提高在城市峡谷中定位成功的概率，但对于减少多径效应造成的定位误差帮助甚少。

双频GNSS技术的目标是追踪L5频段中的高码率信号，从而减轻多径效应。

当前市面上的多频段定位解决方案也许能够提升城市环境中的定位性能，但并非所有客户和终端用户都感知到了这些优势，由此可见，上文所述的城市环境定位挑战仍未得到解决。

1. 惯性传感技术的独特优势

惯性导航解决方案利用GNSS接收机模块内置的惯性传感器，以及车辆轮速脉冲传感器数据（如果可用），在典型的城市环境中实现了更高的定位精度。

惯性导航解决方案将惯性传感器数据与考虑了车辆各种运动可能性的动态模型相结合，消除了多径效应或复杂信号环境导致的位置估计误差。

但除此之外，惯性导航还有更多优势。就车队管理解决方案而言，惯性导航的价值体现在以下四个方面。

1）弥补信号中断

较弱的GNSS信号无法穿过建筑结构。因此，室内停车场、隧道乃至下穿通道经常会导致GNSS服务彻底中断。即使在GNSS信号丢失的情况下，基于IMU的惯性定位也会继续运行，提供位置信息的互补来源，填补卫星信号可用性的缺口。

2）增强应对干扰和欺骗的能力

除了提高定位服务的覆盖范围，惯性导航解决方案所采用的惯性传感器还能增强应对干扰和欺骗的能力，更好地应对GNSS接收机最常遭遇的篡改威胁。例如，黑客可能使用高强度射频噪声来干扰接收机的运行。

另外，黑客还可能使用伪造的GNSS信号欺骗接收机，诱使接收机报告错误的定位信息。在此类情况下，如果信号受到干扰，或信号被伪造而导致GNSS和IMU输出存在差异，惯性传感器可以提供重要的信息数据，从而继续维持定位服务。

3）应对GNSS信号质量短暂下降

无论是附近的蜂窝通信调制解调器产生的射频干扰，或是树木和建筑等形成的物理阻隔，都会造成卫星信号质量下降，GNSS接收机经常要面对这类问题。在暂时信号质量弱的情况下，可以使用基于惯性传感器的定位来控制GNSS接收机的位置估计，确保定位的准确度。

4）提供车辆保险所需的重要数据

除了定位功能本身，惯性导航解决方案还可以提供重要的原始数据，车队管理者和车辆保险公司可以从这些数据中获取信息，包括使用“移动时唤醒”功能进行盗窃检测，或检测停放的车辆遭受的轻微碰撞，帮助保险公司降低不合理索赔引起的开支。

此外，惯性导航还可用于评估驾驶员的行为，可根据对驾驶员驾驶行为的评估，设定保险费用。

2. 互补性而非竞争性解决方案

至此我们应该清楚，双频GNSS与惯性导航解决方案各有优势，互为补充，将二者进行比较并无实质意义。

当前的双频定位解决方案虽然易于实施（只需双频GNSS接收机和天线），但只能小幅降低多径效应的影响。惯性导航技术在此基础上更进一步，可以改善城市区域的定位精度，同时将定位服务扩展到GNSS信号无法覆盖的区域，增强应对干扰和欺骗的能力。

最终，市面上的定位解决方案将日趋成熟，具有更强的定位性能并且能够扩展到日益复杂多样的环境中。

长远来看，多频段GNSS和惯性导航无疑将会逐渐融合，从而进一步提高城市GNSS定位的可靠性。

在阅读本文的同时，不妨进一步了解u-blox NEO-M9V 接收机（点击下划线处了解更多内容），这是u-blox推出的新款GNSS模块，提供无约束惯导和车载惯性导航（UDR和ADR），在设计时专门考虑了车队管理和微出行应用的需求。

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