中国卫星导航定位协会

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深圳思凯微:北斗泛在精准定位的革命性技术创新
深圳思凯微
2020/05/26 03:55
   
     单纯的卫星导航定位精度只能达到5-10米。在目前的专业应用中,人们通常采用建立基准站的方式,将其产生的高精度差分修正数据(RTK),通过数据链传输到用户端,从而获得实时厘米级精度,这种技术称为卫星导航地基增强。

      典型的RTK数据传输技术手段是数传电台,但它需要临时设立基准站,发射功率有限制,覆盖半径一般为1~3公里;另外一种技术是CORS,亦称网络RTK,它实质上就是将多个RTK基准站用网络连接,将用户的位置回传到后台计算,与其他基准站联网处理,最终获得实时厘米级精度。CORS技术支持广域覆盖,但依赖于4G移动通信网络,同时在线用户数量有限制(并发处理能力约束),而且数据流量大,后台计算成本较高。

      广播技术的特点是覆盖半径大、使用成本低及信号鲁棒性好。基于中国自主创新的共生调频数据广播专利技术CDRadio(数字、模拟信号同播技术),利用现有的调频广播电台同步播发北斗地基增强RTK数据,具有成本低廉、覆盖广阔、信号强大、部署快捷和用户数无限量的特点。卫星导航技术与地面广播技术跨界融合,获得了一种“技术杂交”优势,在覆盖半径50公里范围内可达到厘米级实时、可靠的定位精度。这种基于调频广播技术创新的北斗导航地基增强系统被命名为基合系统(BDS-CDRadio),其系统结构如下:
基合系统示意图

      该系统方案是北斗地基增强领域的革命性技术创新,其核心价值是利用和赋能现有社会基础设施(调频广播电台和测绘系统CORS站网),以极低的技术改造和运维成本,解决未来智能交通和智慧城市海量用户的需求。它使卫星导航地基增强RTK数据变得像空气一样无处不在,从而使免费的大众亚米级精度服务、低收费的行业实时厘米级和事后解算毫米级高精度服务成为可能。此技术方案已经获得国家基础地理信息中心的权威第三方测试认证,并获得了中国卫星导航定位协会“2018创新应用金奖”和国家知识产权局“2018中国优秀专利奖”。

      发明此项技术的深圳思凯微电子有限公司(以下简称“思凯”),在北斗卫星导航地基增强领域里技术路线独树一帜,具有全套技术的自主知识产权,力争成为国内乃至国际卫星导航地基增强RTK数据播发设备、接收芯片及精准时空信息服务的领导者,目前已具备初步的产业化能力,未来发展潜力巨大。

      基合系统可应用于智慧城市、智能交通、形变监测﹑测量测绘、精准农业和室内泛在精密授时等领域。下面举几个例子说明:

      1智能交通领域的技术攻关项目
      2018年公司联合深圳市广电集团下属公司成功申报深圳市科创委技术攻关项目。该项目基于思凯原始创新的BDS-CDRadio技术,在不影响原有调频广播的前提下,广播播发北斗导航地基增强信号,可以提供低成本、广覆盖、大功率的RTK数据信号。该项目除了包含基于BDS-CDRadio的发射端激励器和接收端基带芯片、模组以外,还有车载终端和大数据运营管理平台,在推动深圳车联网技术发展﹑扩大深圳在车载导航和智能交通领域的领先优势方面,可发挥重大作用。目前项目已基本完成,正在完善公交车辆精准轨迹监管平台测试工作,同时也为未来的无人驾驶汽车(10厘米精度导航定位)奠定了基础。

      2形变监测领域的地灾监测应用
      对边坡﹑大坝﹑桥梁等形变监测要求达到事后解算(非实时)毫米级精度,是高精度位置服务的重要应用领域。现有形变监测普遍采用方式是在监测点周围建立基准站,用4G网络将数据传输到后台进行事后解算,成本高。

      相比之下,思凯的广播式RTK形变监测技术拥有诸多优势,例如:
  1. 可节约就近建设参考站的巨大成本;
  2. 极大的降低高精度差分数据的传输成本,无需流量费;
  3. 在郊野监测项目能较好的解决4G网络覆盖不全的问题;
  4. 在监测点前端解算,无平台运算能力受限的问题。
      2019年冬季开始的广西地灾监测示范工程已经成功运行,下面是广西日报-广西云客户端2020年4月2日的报道:

      自治区自然资源厅、广西广播电视局、深圳思凯微电子公司、武汉大学开展联合攻关,成功研发了“北斗+广播”边坡高精度自动监测系统。该系统融合了卫星导航定位系统(GNSS)监测技术、高精度定位虚拟基准数据网格播发和切换等一系列新技术,支持广西全域内联合监测布网,系统平面和高程监测精度达到了毫米级。由于采用边缘计算技术和LPWAN通信技术,能够直接获取并向系统上传监测点精确位置坐标,可大幅减少移动通信网络流量需求。

      据介绍,该自动监测系统的研发不但技术先进,而且经济实惠。仅在建设费用方面,可节省资金近5亿元,后续每年还将节省运营维护费用近800万元。

      3精准农业领域的应用
      基于北斗RTK数据支持的精准农业已经在我国推广了若干年,取得了丰富的经验和良好的效果,在新疆和黑龙江都有成规模的应用。思凯的广播式RTK将是北斗精准农业升级换代技术。思凯与中国卫星导航定位协会以及农村农业专委会合作,计划近期在白俄罗斯建立一个北斗精准农业“一带一路”示范区,将利用该国的公共调频广播发射台和国家CORS站,为明斯克拖拉机厂的农机安装基合精准农业机载设备(Skyfarming)。由于东欧区域4G网络少而且资费昂贵,思凯广播式RTK农机精准定位技术方案廉价、高效、实用,引起了白俄罗斯主要工业产品出口企业--明斯克拖拉机厂的极大兴趣,他们希望借助中国的先进北斗技术提高本国产品的技术含量和国际竞争力。

      导航卫星实际上是太空中的广播,跨界创新地将地面调频数字广播CDRadio与其结合,所形成的基合系统(BDS-CDRadio是效率最高、可靠性最好的系统。基合系统对于现有的高精度位置服务体系,可能会形成“降维打击”,因此可以称其为北斗泛在精准定位的革命性技术创新。