浅析北斗应用

发布日期：2022/10/4 11:34:01      浏览量：

    北斗的功能主要有四个：定位、导航和授时、短报文。这四个功能必须要融入到具体的产品中，诚如中国卫星导航系统办公室冉承其主任在2019年导航年会中提到的北斗要融网络，融平台，融终端，因为北斗要发展，不可作为独立产品而存在，小木还记得上小学时学到的记叙文三要素：时间、地点、人物。说白了，如果有人手里拿了一个带北斗定位功能的终端，那就解决了这三要素（内心感谢小学语文老师）：时间、地点、人物。

    大众或许会觉得北斗很远，其实北斗离我们很近，应该说北斗已经全方位走进我们的生活，如今市场，你去买个定位芯片，说不要支持北斗系统的，还真是不好找，绝大部分主流定位芯片（包括市场上常见的u-blox），通信模块（如移远，联发科等等），都支持北斗卫星导航系统。也就是如果用那些芯片和模块产品，你的产品就算是广义的北斗应用了。

    从市场应用和推广的角度，小木更愿意把北斗应用分成物联网、人员定位和测绘、授时、短报文等五大类应用，此文只交流前三类，后两类内容如有机会，咱们以后探讨。

    在具体讲述上文中提到的3大类应用之前，小木想从市场营销和项目管理人员的角度，特别简单粗暴，不讲道理，气急败坏，无中生有的讲以下几个技术名称，敲黑板（下划线），这对做项目真的很有用，技术原理和其他内容，网上诸多文章和大咖都多次讲述，如有兴趣请自行度娘，以下论述纯属个人理解：

1. 单点定位，单点定位可以分成2种，一种是芯片级的，一种是模块级的。别问有啥区别，小木就告诉你，同等技术水平条件下，模块级的比芯片级好，至于为啥，因为贵，所以爱（模块内会有一些数据处理和算法），好的单点定位模块，精度能够达到2米以内，甚至更好。当然了，通信模块（如移远，联发科等等）等集成产品中也包含定位芯片，通常定位精度一般标称5米，毕竟人家模块主责不是精确定位。
2.    RTD（伪距差分），亚米级定位。为了防止飘逸等情况的出现，时常还会加上普通惯导或者是滤波算法，一般对于车辆来说能实现车道级定位且轨迹平滑，所以又称为车道级定位。如果你终端里的芯片支持RTK，终端天线在净空环境好的环境下，那就是一道闪电，说白设备开机或者唤醒后会依次经历单点定位到RTD（唰，对RTD会在一瞬间消失）最终到达RTK（当然了如果你的环境比较恶劣，即使是RTK芯片，你也会一直在RTD状态，乃至单点定位状态，因为进入RTK要满足一些起码的净空条件，俗话说就是搜到的卫星，既要有数量还要有质量）。当然了，市场上也有卖单独RTD芯片或模组的，对于定位精度有要求，又不是很严格的项目，可以在单点定位模块和RTD模块中徘徊犹豫，好好筛选一翻，因为二者价格差距不大。
   

       3.RTK定位，没错序号没错，RTK应该是排到第3位，但是小木要先讲RTK。说白了，绝大部分高精度产品用的就是RTK技术。目前市面上的RTK产品分单频RTK和多频RTK。对于多频RTK产品以前主要是板卡形态，现在也有模块形态了（如u-blox，梦芯等），目前多系统多频的RTK模块据了解尺寸大约是22mm*17mm。

    顾名思义，单频RTK一般指接收多个卫星导航系统播发的多个频点中的一个频点的（敲黑板，通常是L1频段，千万别理解成单北斗），多频RTK指的是同时接收多个卫星导航系统播发的两个或者两个以上的频段，哪个精度更高，一目了然了吧。单频RTK，优点是价格相对便宜，形态多芯片化模块化，产品尺寸小，可以比较容易集成到产品上去，终端的精度在实际工作中，实时水平精度能够达到0.3米（净空环境足够优秀，理想环境站楼顶，或者足球场，公路），也许可以更优秀，为什么小木更愿意讲实际工作？作为市场销售人员和项目管理人员，我们不必太关心芯片和模块它在实验室内达到的那些太虚无缥缈理论值（当然了有人悄悄把芯片和模块的理论值写成自己产品和系统的指标），我们更多关心客户的感知和现场的演示效果；缺点就是在有遮挡或者净空环境不理想的地方，精度就只能呵呵了。有的项目希望想让车辆或人运动或静止状态，位置信息能够显示出车辆能够停在哪个车位上或者哪个车道上，没问题，单频RTK可以满足，国产主流RTK芯片的价格，嗯嗯，可以到芯片厂家的官网看看，也可以咨询各芯片厂家。多频RTK（目前的产品形态主要有板卡和模块），先说板卡吧，实时水平精度2-3cm，这么优秀，可惜唯一的缺点就是体积大、功耗高、费用高（价格约5000左右吧）。请根据客户对精度的需求和接受能力自行判断，曾经有客户联系小木，它要求实时精度，必须保证在10厘米以内，而且是工业机器人，机器人造价在几十万到十几万，好吧，别无选择，只能选择多星多频RTK板卡。对于双频RTK模块，据小木电话询问精度优于单频RTK，主要还是较单频RTK提升精度稳定性。

    物联网应用，此类应用太多了，共享单车，智能集装箱，窨井盖，智能路障，北斗车载终端等等，普通精度的小木就不展开说了，因为项目集成开发难度较低。小木想举两个典型的例子来说物联网应用，一是基于北斗高精度定位的智能集装箱或者智能窨井盖。二是基于高精度的车载定位终端。

    这二者有有何区别？前者不便于对设备频繁的取电充电，后者可以长期供电或者充电。为什么对电这么在乎？因为在小木看来，在实际项目实施过程中，高精度就意味着高功耗，这个高功耗是与普通精度定位（或者单点定位精度）的比较。在上文中提到了如果需要高精度定位，就要选择高精度芯片或模块，在RTK模块工作过程中，必须以提供差分数据的后台保持实时联系，不断获取差分改正数据，才可以进入高精度。这就是功耗的区别，在普通精度或者是单点定位的终端工作时，在设备唤醒或开机时，仅需要获取自身位置，并通过通讯模块上报至管理位置平台，即完成了工作流程与动作。而支持RTK算法的设备终端，在开机和唤醒时，需要获取自身位置，并通过通讯模块上报相关信息至差分数据服务提供方，从而获取高精度所需的差分数据信息，终端将解算后的高精度位置信息上报平台（尚不包括收敛过程，即高精度真实坐标获取需要一定时间）。此过程会持续十几秒乃至几十秒，如果需要持续的高精度的位置信息，会对设备的待机时间产生重大影响。所以在智能集装箱等项目中，如果使用高精度定位产品，就需充分考虑高精度所带来的高功耗问题，而在基于高精度的车载终端则无需考虑此问题，因为取电供电较方便。所以，对待高精度需求的客户，考虑设备或终端的供电是很重要的。当然了，以上两类终端都要考虑移动流量问题，这个流量可是远超一般定位终端，如果实时每秒回传位置信息数据，移动2G网络带宽是无法支持的，必须依托移动运营商4G带宽。

    人员定位应用，各类施工作业人员安全管理，快递员，人员关爱，铁路巡线，公路巡线养护等等户外作业人员，小木觉得和物联网第一类项目相似。在工作中，总会有人问小木手环（手表）的精度，小木不好回答，因为精度是在各种环境下的各种精度，小木所提到的精度往往是实际工作场景，正常使用设备的前提下的精度。对于定位，最基本的是需要保证天线（如下图所示的各种）对着天空，确保设备可以稳定正常搜星，可你说手环这玩意，天线会说，小木太难了。天线反过来对着地，就是整个双频RTK板卡也没有办法说精度。所以，手环定位，说精度，天线估计想说，我太难了。北斗人员终端如下图这样：

    在这里，我想是时候请高精度定位的另一个伙伴出场了，那就是天线，高精度的模块需要匹配高精度的天线，正如不能给宝马配一个自行车轮胎一样。客户的要求总是丰满的，客户总是希望待机时间或者工作时间足够长，定位精度足够高，设备还要小轻型化；现实总是骨感的，高精度会带来高功耗，同时高精度需要匹配高精度天线来确保搜星效果与质量，所以在应用推广和项目对接过程中，需要考虑到天线对整个产品乃至项目的影响。

    对于这类项目，如果一定要使用高精度RTK，小木有几个推荐：一是设置工作频率，如5分钟过或10分钟定位一次，在其他时间让设备进入低功耗模式；二是电池尽可能大吧，尽可能多充电吧（无奈）；三是使用螺旋天线，增强搜星效果，当然了螺旋天线的价格是陶瓷天线的十倍，这也是要考虑的。如上图中两侧的均是使用了螺旋天线，一种内置，一种为外接。上图中间的人员产品即使用了陶瓷天线，故在产品上标注了天线朝向，确保使用效果。

   测绘类，包括测绘行业，形变监测等，简单粗暴多频RTK板卡解决，没办法啊，毕竟人家要求精度是第一位的，形变监测包括楼宇（老旧小区），滑坡（边坡），路基，地基，隧道，桥梁等等。这些都要求实时精度2-3cm，后处理2-3mm，别问小木市场上这么多品牌有啥区别，没啥区别，小米和华为路由器的区别有多大？

对了，还有智能驾考、无人机、智能农业（自动）（原谅小木，没地方归属你暂且委屈了），也归属此类。

应用畅想：

    随着北斗系统建设的日臻完善，北斗应用将扩展到更广领域，无论是“北斗+”，还是“+北斗”，北斗应用天然与智能终端制造、智能网联汽车、人工智能、5G等新兴产业有极强的融合性，必将更加广泛进入中国大众消费、共享经济和智慧生活等领域。随着地基增强、星基增强、移动通信等各类技术的前进与发展，北斗应用将以更新的姿态、更强的能力、更多样化的服务出现在世人面前。

让我们共同期待更加广泛、更加融合、更加智能的国家综合定位导航授时体系，实现陆、海、空、天、室内、水下等全域无缝覆盖。

    最后引用一句高大上的话语镇楼:

    北斗的应用只受想象力的限制！