高精度定位技術(shù)是當今科技領(lǐng)域重要研究方向之一。在物聯(lián)網(wǎng)時代，幾乎所有的應(yīng)用場景都與位置信息服務(wù)有關(guān)，尤其是對于移動物體，定位需求更為重要，因此定位技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。

提起定位，大家都會想到GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）定位。GNSS（Global Navigation Satellite System）是多個衛(wèi)星系統(tǒng)的總稱，包括中國的北斗BDS、美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的GALILEO、日本的QZSS和印度的IRNSS。 GNSS定位基本原理 GNSS衛(wèi)星以導(dǎo)航電文形式發(fā)送星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收機跟蹤測量衛(wèi)星信號，通過信號在空中傳播時間和速度，計算出用戶接收機到GNSS衛(wèi)星的距離，基于衛(wèi)星的星歷計算出GNSS衛(wèi)星的空間瞬時坐標，根據(jù)距離空間交會的方法，推算出用戶接收機的空間三維坐標（x,y,z）。 用戶接收機時鐘源存在鐘差，是影響定位精度主要誤差之一，為此引入鐘差△tj，所以需要至少接收4顆衛(wèi)星才能推算出用戶接收機的位置坐標。

圖1?GNSS定位基本原理

(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=(ρ1+△ρ1+△ρ2+?C?△tk- C?△tj)2

(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=(ρ2+△ρ1+△ρ2+?C?△tk- C?△tj)2?

(x-x3)2+(y-y3)2+(z-z3)2=(ρ3+△ρ1+△ρ2+?C?△tk- C?△tj)2?

(x-x4)2+(y-y4)2+(z-z4)2=(ρ4+△ρ1+△ρ2+?C?△tk- C?△tj)2?

(xi，yi，zi) ：衛(wèi)星坐標（i=1，2，3，4）；

(x，y，z) ：接收機坐標，未知；

△tj：接收機鐘差，未知；

△tk：衛(wèi)星鐘差，可修正（k=1，2，3，4）；

C：光的傳播速度；

ρi：接收機實際測得的偽距（i=1，2，3，4）；

△ρ1：電離層延遲誤差，可修正；

△ρ2：對流層延遲誤差，可修正。

從上面公式可知，接收機時鐘源穩(wěn)定度直接影響定位測算精度，接收機時鐘源穩(wěn)定度越高，測算出接收機位置精度也越高。 GNSS數(shù)據(jù)誤差 衛(wèi)星下發(fā)的信號到達用戶接收機，經(jīng)過電離層、對流層、反射物，最終抵達用戶接收機，而并非通過真空直達，因此接收機測量結(jié)果與其真實的位置有一定差距，稱為偽距。

圖2 GNSS誤差來源

GNSS數(shù)據(jù)誤差可分為四類:與衛(wèi)星有關(guān)的誤差、與信號傳播有關(guān)的誤差、與接收機有關(guān)的誤差以及與地球轉(zhuǎn)動有關(guān)的誤差。

表1?GNSS誤差來源

1、衛(wèi)星星歷誤差 由星歷給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星實際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。衛(wèi)星采用原子鐘作為基準時鐘源，衛(wèi)星星歷誤差主要由衛(wèi)星鐘差、頻偏、頻漂等產(chǎn)生。

改進措施包括忽略軌道誤差、通過軌道改進法處理觀測數(shù)據(jù)、采用精密星歷和同步觀測值求差等方法。

2、電離層延遲誤差 由于大氣層中的中性分子受太陽輻射的影響發(fā)生電離，產(chǎn)生大量的正離子與電子，電磁波的傳輸速率與電子密度有關(guān)，因此真空中電磁波的傳播速度乘以信號傳播時間得到的距離，與衛(wèi)星和用戶接收機間的真實幾何距離不相等，誤差范圍可達50m~150m。

改善措施包括雙頻觀測、電離層模型輔助修正和同步觀測值求差等方法。

3、對流層延時誤差

由于氣候、大氣壓力、溫度、濕度等變化，電磁波在對流層傳播速度和路徑都會受到影響，誤差范圍可達2.3m~20米。 改善措施包括數(shù)學模型、參數(shù)、同步、測量等方法。

4、多徑效應(yīng)誤差 衛(wèi)星信號下發(fā)給接收機，通過不同路徑直達或經(jīng)過反射物抵達用戶接收機，信號相互疊加產(chǎn)生干擾，使原信號失真、誤碼、信號衰落，稱之為多徑效應(yīng)，也是衛(wèi)星定位的主要誤差源之一。

改善措施包括接收機選址、天線設(shè)計、天線極化等方法削弱該誤差。

5、接收機誤差 接收機的誤差主要來自時鐘源鐘差、頻偏、頻漂等，造成測算定位不準確，也是主要誤差源之一。

改善措施包括采用高穩(wěn)晶振做接收機本振時鐘源、改進接收機電路設(shè)計等方式消除誤差。

GNSS定位技術(shù)由于受到衛(wèi)星鐘差、電離層、對流層、多徑效應(yīng)、用戶接收機鐘差等影響，測算得到偽距誤差范圍在米級，無法滿足自動駕駛等應(yīng)用場景高精度定位需求。如何提高定位精度呢？可以采用差分GNSS定位技術(shù)。 差分GNSS定位基本原理 在位置已精確測定的已知點上配一臺基準站，和用戶（移動站）同步進行GNSS觀測，將得到的單點定位結(jié)果與基準站坐標比較，求解出實時差分修正值。

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圖3?差分GNSS定位基本原理

差分GNSS定位可分為位置差分、偽距差分和載波相位差分。其中，載波相位差分基于實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法，定位精度達到厘米級甚至毫米級。

載波相位差分：又稱RTK（Real-time Kinematic）實時動態(tài)載波相位技術(shù)，即將基準站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機，進行求差解算坐標。由于載波的精度遠高于其內(nèi)容（C/A碼速率是1.023MHz，一個碼的長度為977.5ns，即293m，而載波的速率是1575.42MHz，一個載波的長度是635ps，即19cm）。因此，載波相位差分可使定位精度達到厘米級甚至毫米級，廣泛應(yīng)用于移動站需要高精度定位的領(lǐng)域。常用的RTK定位技術(shù)分為常規(guī)RTK和網(wǎng)絡(luò)RTK。 常規(guī)RTK 常規(guī)RTK定位系統(tǒng)包括：基準站、數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、移動站?；鶞收就ㄟ^數(shù)據(jù)鏈路將自己所獲得的載波相位觀測值及站坐標實時播發(fā)給在其周圍工作的移動站，移動站通過動態(tài)差分定位的方式，確定移動站相對于基準站的位置，并根據(jù)基準站的坐標得到自身的瞬時絕對位置。?

圖4?常規(guī)RTK組網(wǎng)

基準站和移動站接收機時鐘源穩(wěn)定度越高，鐘差越小，測算位置精度也越高。 常規(guī) RTK定位技術(shù)雖然可以滿足很多應(yīng)用的要求，基于電離層、對流層延遲誤差在一定范圍內(nèi)具有一致性，所以移動站與基準站的距離不能太遠，定位精度可達分米級。網(wǎng)絡(luò)RTK 網(wǎng)絡(luò)RTK定位系統(tǒng)包括：基準站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理中心、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和移動站。其中基準站網(wǎng)由若干個基準站組成，每個基準站都配備有雙頻全波長GNSS接收機、數(shù)據(jù)通信設(shè)備等設(shè)備，通過長時間GNSS靜態(tài)相對定位等方法，可以精確得到基準站的坐標，基準站GNSS接收機按一定采樣率進行連續(xù)觀測，通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將觀測數(shù)據(jù)實時傳送給數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心對各個站的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理和質(zhì)量分析，然后對整個基準站網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一解算，實時估計出網(wǎng)內(nèi)的各種系統(tǒng)誤差的改正項(電離層、對流層和軌道誤差)，建立誤差數(shù)學模型。?

圖5 網(wǎng)絡(luò)RTK組網(wǎng)

基準站數(shù)量越多，接收機時鐘源穩(wěn)定度越高，數(shù)據(jù)中心建立誤差數(shù)學模型越精準。同樣，移動站接收機時鐘源穩(wěn)定度越高，測算定位精度越精準。 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)與常規(guī)RTK技術(shù)相比，覆蓋范圍更廣、成本更低、定位精度更高、用戶定位的初始化時間更短，定位精度可以達到厘米級。 目前，高精度定位已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航定位、自動駕駛、智慧公交、車聯(lián)網(wǎng)、車輛監(jiān)管、智慧高速、道路安全監(jiān)管、網(wǎng)約車監(jiān)管、鐵路監(jiān)測、智能停車、智慧港口、智慧礦山、無人機植保、無人機航測、無人機物流、無人機監(jiān)測、測量測繪、電網(wǎng)巡檢、人員定位、橋梁監(jiān)測、危房監(jiān)測、可穿戴設(shè)備、高精度手機定位等領(lǐng)域。

從前面GNSS+RTK定位原理不難理解，基準站和移動站接收機時鐘源鐘差是高精度定位誤差的主要來源之一?；鶞收緯r鐘源穩(wěn)定度越高，數(shù)據(jù)中心建立誤差數(shù)學模型越準確；同時，移動站時鐘源穩(wěn)定度越高，結(jié)合誤差數(shù)學模型修正量，最終測算自身定位精度也越高。 高精度定位應(yīng)用越來越廣泛，據(jù)GSA數(shù)據(jù)統(tǒng)計，GNSS設(shè)備預(yù)計2029年將達到28億臺。我們每個人都擁有一部手機，我們?nèi)粘Ｉ铍x不開手機定位業(yè)務(wù)，平均每人至少有1臺GNSS電子產(chǎn)品，未來這是一個海量市場。與此同時，對時鐘源要求也越來越高，不僅要求高穩(wěn)定度、低相噪，同時也要求小型化、低功耗、低成本。

大普高穩(wěn)時鐘源產(chǎn)品，賦能高精度定位全方位解決方案 大普在時頻領(lǐng)域深耕近20年，提供全系列高穩(wěn)時鐘源產(chǎn)品，包括：高穩(wěn)時鐘模組（Clock Module）、恒溫晶振（OCXO）、溫補晶振（TCXO）等系列，具有高精度、低相噪、低功耗、小尺寸、寬溫區(qū)、高抗震、快啟動等特點，關(guān)鍵性能指標位于國際領(lǐng)先地位，產(chǎn)品全部自主研發(fā)，從設(shè)計、制造、工藝、自動化測試等全部實現(xiàn)國產(chǎn)化、自主可控，為高精度定位應(yīng)用提供全方位解決方案。