困擾行業的難題有解了！千尋位置率先推出電離層擾動解決方案

2022-08-03 11:35:29 來源：財訊界

編者的話：“科技自立自強是國家強盛之基、安全之要。”2020 年 7 月 31 日，北斗三號衛星導航系統完成全球組網，意味著時空信息重大基礎設施已經完全掌握在自己的手里。兩年過去，北斗系統的應用構建了一條成熟的產業鏈，同樣，唯有自主創新，才能把科技命脈掌握在自己的手中。

日前，千尋位置“六脈神劍”六大底層技術系列浮出水面。今天我們聚焦千尋位置如何解決電離層擾動這一困擾GNSS定位領域的世界級難題，保障用戶在電離層活躍期間仍能得到精準、連續、可靠、安全的高精度定位服務。

（正文）日益加劇的電離層擾動對高精度定位的影響愈發嚴重。7月27日起，千尋位置率先升級北斗高精度定位終端，將電離層擾動抑制能力陸續推送覆蓋全部在售及已售出的云端一體及星地一體系列北斗高精度RTK終端設備，引領電離層擾動抑制能力成測繪RTK終端核心標配，實現行業型北斗底層技術能力在市場用戶的普惠，進一步發揮北斗應用能力。

電離層干擾是困擾GNSS定位領域的世界級難題。千尋位置從無到有進行研發攻堅，基于獨有的電離層大規模監測數據與算法驗證，在業內率先推出包括算法優化、云端協同、電離層實時感知等在內的電離層擾動解決方案，通過將電離層抑制算法能力——“質量因子”與北斗高精度RTK終端算法融合，在削減電離層擾動帶來影響的同時，全面持續優化提高固定精度及固定速度，實現對北斗高精度RTK終端算法的技術躍遷式升級。保障用戶在電離層活躍期間仍能得到精準、連續、可靠、安全的高精度定位服務。不僅提供了解題新思路，也為應對電離層的行業挑戰貢獻了創新的中國方案。

電離層變化趨勢圖

對GNSS定位影響最嚴重、最難以把握的因素——電離層

眾所周知，影響GNSS定位的因素包括衛星鐘差、衛星軌道誤差等衛星相關誤差；多路徑誤差、電離層誤差、對流層誤差等信號傳播路徑相關誤差；以及衛星信號接收器相關誤差。

其中，影響最嚴重、最難以把握的一大障礙，就是電離層。電離層是在距離地面約60到1000千米范圍內的大氣高層，由那些被太陽輻射而電離的粒子組成，它是GNSS（全球導航衛星系統）衛星信號從太空到達地球終端的“必經之路”。

GNSS衛星信號在穿過電離層時，其傳播速度和方向都會發生改變，傳播路徑也會發生輕微的彎曲，使得衛星信號產生偏移和延遲，從而影響接收終端的定位精度。

隨著第25個太陽活動周期的到來，電離層變得更加難以預測。這場太陽活動周期以11年為單位，于2019年12月開始加劇上升，預計2025年7月達到峰值。

太陽活動周期圖，圖片來自網絡

隨著電離層活躍加劇，區域內的電離層延遲誤差波動的幅度變大，頻率變快，不規則加劇，僅憑傳統的經驗判斷或常規的糾偏算法難以有效消除電離層誤差的影響，滿足高精度定位的需求。躺平還是應對？成為擺在全行業面前的問題。

基于長周期的數據積累，千尋位置提出“破題”新思路

自2016年宣布國家北斗地基增強系統正式投入運行起，千尋位置的算法專家們就開始了和電離層擾動不斷較量的技術攻堅。

在國家北斗地基增強系統“一張網”穩定運行的6年間，千尋位置積累了業內獨有的、覆蓋不同地理環境、大氣環境等在內的多維度時空數據，為持續研究、精準分析以及機器學習的能力奠定了基礎。

在保障高精度定位高效、安全、精準、穩健的前提下，算法專家們基于長周期的數據積累，分析定位誤差產生的規律，構建出算法模型的變量與常量，嘗試包括自適應調優、機器學習等多種方法，不斷進行學習、訓練與調優，形成了適配包括電離層在內的多場景的算法模型，保證電離層活躍期間，仍然能夠獲得精準的電離層建模結果。

優化算法模型，獲得更精準的電離層建模結果，是應對電離層擾動的前提。

算法專家們并沒有就此止步。他們很快發現，在電離層活躍等級較強的場景，常規的建模技術存在提升空間小、算力成本高的瓶頸。面對升級的難題，他們另辟蹊徑，在業內首次實現了云（服務端）端（用戶端）協同的技術方案，將電離層活躍期間的固定率提高至95%以上，定位精度穩定在厘米級。

千尋位置算法專家陳華博士解釋道：“服務端與用戶端在電離層處理能力上各有優劣之處。服務端專注于大氣誤差，可以通過建模改正大部分的電離層誤差，并能夠利用區域信息對電離層活躍進行判斷，但卻無法解決電離層建模的殘余誤差問題。相比之下，用戶端雖然無法對電離層活躍情況進行判斷，但可以消除電離層活躍期間的服務端的建模殘余誤差。”

云端協同的技術方案創新性地將兩者的優劣勢進行取長補短，通過從服務端播發“質量因子”信息，“告訴”用戶端當前的電離層活躍程度以及是否需要開啟消電離層模式。

經過對比測試，在云端協同下，當消電離層模式開啟后，RTK設備的固定率從80%左右提升至95%以上，定位精度從分米級上升至厘米級。在具體的電離層活躍時段，效果對比更加明顯，RTK設備從基本無法獲得固定解提升為全程基本保持穩定固定解。