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六分科技完好性监测,打造高精度定位服务“安全防护罩”

来源:互联网 编辑:上海司涌软件技术公司 浏览量:130 次 时间:2021-09-17


曾经只出现在科幻片中的高精度定位技术,正在走进寻常百姓家,深刻改变人类的生产生活方式。影响日益巨大的位置服务,其可靠性和安全性,也成为人们关注的重点。全球卫星导航系统(简称GNSS)的发展,拉近了空间距离,使得人们对位置的校验更加的精准。同时,随着近年来GNSS高精度定位服务在军事、民用、工业、商业和科学领域应用的迅速增加,这项新技术也日益深刻地影响到人们生活的方方面面。导航定位设备,也像智能手机一样,成了人们感知外界、互联万物的重要工具。

然而,世界上并没有完美的技术,GNSS高精度定位服务也不是尽善尽美。早在2019年7月15日,欧盟主导的伽利略全球卫星导航系统就因为时间同步故障,导致系统服务中断,出现了所有在岗卫星均无法使用的情况,对使用该服务的企业造成了一定的经济损失。

GNSS高精度定位服务作为未来将在人们生产生活中大规模应用的技术手段,天然存在固有的脆弱性,包括定位精度不足、可靠性差、连续性不够等。这些客观存在的误差隐患,若不加以警示,可能导致用户因相信错误的数据而做出错误判断,如果应用在航空航天、电力通信、灾害应急等领域,将酿成更可怕的安全事故。

而针对GNSS高精度定位服务的完好性监测,正是系统用来警示风险隐患、保障定位精度的一项科学措施。

什么是GNSS完好性?

GNSS完好性是指用户对GNSS所提供位置信息的信任程度,当位置信息不能满足所需的导航性能要求时及时发出告警。就好比我们在超市购买食物,因为生产、销售、流通、售卖各环节都有相应部门在监管,所以我们相信这些食物是安全的。

同样,GNSS在导航定位的过程中,通过对卫星段、空间段、用户段易发生故障的各项因素进行监测分析,给定位误差设置一个合理的告警限值,提升用户对GNSS导航定位的信任。

卫星导航完好性的需求,最初是从GPS在航空应用中产生的。随后拓展到乘用车等对安全有着非常严格要求的行业中。2010年以后,随着卫星星座技术的发展,完好性增强技术双频多星座、三频多星、多频多星等完好性监测相关研究,也在逐渐开展。尤其是在完好性增强技术和差分增强技术融合互补之后,完好性技术在交通领域取得大范围应用。

为什么需要完好性监测?

在GNSS定位功能实现的整个过程中,存在影响定位差错的几大来源,分别是:

卫星段

卫星信号质量、卫星星历、卫星星座状态的恶化...

空间段

传播过程中电离层、对流层、基准站信号干扰、多路径效应等环境因素带来的信息污染畸变

用户段

用户终端接收设备、基准站信息到计算中心的通信质量、解算中心到终端用户的通信质量等误差

以卫星信号为例,随着卫星数量的增多,故障卫星出现的次数和概率也随之增加。受此影响,接收卫星信号的接收机,时刻需要小心甄别导航信号的质量。若接收到一个有差错的导航信号并使其参与定位而不加以警告,则会给定位、测速、授时等结果带来更大的误差。

因此,在有很多导航信号的情况下,完好性显得更加重要。GNSS作为当前主要导航设备,也必须将这些隐患影响降低至最低,完好性监测是重要且必要的环节。

完好性监测是如何发挥作用?

GNSS高精度定位的完好性监测,实际上是针对GNSS位置服务实时的查漏补缺过程,可以快速找到GNSS位置信息的漏洞,并及时告知用户,同时在极短的时间内快速弥补这些漏洞。

通过接收机对系统所计算信息的可靠性、正确性进行的监测,完好性监测可判定位置信息是否可靠。当导航系统出现的任何故障或者误差超过警告限值而导致无法正确进行导航和定位时,完好性监测可及时向用户发出告警。

可以说,完好性监测,是保证导航定位精度的重要参数,也是GNSS作为主要导航设备必须跨越的门槛。

完好性包括三个指标

① 完好性风险:即发生定位误差超限而没有及时告警的概率;

② 告警时间:从超限发生时刻起到准确通知到用户的时延;

③ 告警限值:是根据不同服务应用要求确定的门限值,一般与应用场景的安全需求关联。

当定位误差超过告警限值时,系统需要及时发出告警来保障服务质量。如下图所示:

六分科技GNSS高精度

位置服务完好性监测

基于北斗卫星导航定位系统,在兼容全球定位系统(GPS)、格洛纳斯(GLONASS)、伽利略(Galileo)和准天顶(QZSS)的基础上,六分科技依托自研卫星导航终端算法和组合导航算法,以“网-云-端”一体化解决方案,为海量用户提供5系统16频点、全天候、实时厘米级的GNSS高精度定位服务。作为专业的GNSS高精度位置服务提供商,六分科技通过对空间段、传播段、用户段、增强信息处理和传输进行可靠性监测和量化指标分析,并通过技术手段增强完好性,将完好性信息作为重要服务内容提供给有需求的用户,从而使高精度卫星定位的应用更加可靠,更能符合用户的多样性需求。

六分科技GNSS高精度服务完好性监测,既使用了传统的完好性监测技术,又结合北斗系统最新的技术与服务,其技术方法拥有以下特点:

完好性增强+差分增强

采用“完好性增强+差分增强”两种技术手段,借助北斗三代的多种特色服务和其它GNSS系统的多种服务(如Galileo E6),实现系统完好性和差分增强。

热冗余备份

进行“热冗余备份”,通过CORS站点GNSS接收机热冗余备份、通讯链路热冗余备份、云中心热冗余备份,避免设备引发的完好性风险。

多星多频

使用“多星多频”,对电离层扰动、可见卫星数目、卫星几何分布等进行实时监测减少这些因素带来的完好性风险。

全面监控

对空间段风险(主要来自卫星的信号和星钟故障)、传播段风险(电离层异常和对流程异常)、用户端风险(多径和电磁干扰),增强信息处理和传输过程的故障因素进行全面监控和量化。

当前,业界对服务完好性相关信息还未形成统一标准,各行各业对完好性的需求也不尽相同。六分科技的完好性监测服务,可对数据流的整条链路进行综合监控,实现不同行业、不同用户完好性服务功能的定制化开发,满足行业用户个性化需求。

通过对足够多的样本量进行不断测试,目前六分科技服务总体发生完好性风险的概率小于10-7/hr,符合应用行业完好性风险的要求。随着六分科技GNSS高精度位置服务系统的不断发展,六分科技的完好性监测系统也会越来越完善。

虽然目前的定位技术,已经可实现厘米级甚至毫米级的高精度定位服务,但是真正应用到实际生活中,高精度定位服务的完好性、连续性和可用性,仍是某些领域的重要参考指标,是保证生命安全必不可少的环节。

正如一位业内专家所说“高精度定位不是最终结果,可信和有弹性的高精度保持才是最终目标。”未来,在脱离人类控制的智能系统应用,例如户外机器人、智能驾驶、无人机中,六分科技完好性监测技术,在系统安全保障上将发挥更为重要的作用。