通常我們說GPS北斗，基站，WIFI，室內(nèi)定位的定位精度，都是有條件的。

達盟GPS小編這里主要講GPS北斗的高精度定位。

GPS北斗的普通定位精度我們一般說單頻的在5米左右。這個5米的精度也是有條件的，必須在空曠的場景，周圍沒有高樓大樹的遮擋。有高樓大樹的遮擋，普通定位器的精度會在20-50米左右。就算靜止放在一個地方，也會出現(xiàn)漂移，上報的位置也會變化，漂移的距離在幾十米是經(jīng)常的。假設(shè)不考慮GPS硬件性能問題，靜漂是因為星歷的變化或者某個強折射信號參與了定位或者天氣原因?qū)е碌?，是GPS定位器定位難題之一，必須使用軟件過濾。運動也會產(chǎn)生漂移（可以稱之為動漂），概率會小很多。

普通精度的GPS定位器在我們?nèi)粘４蟛糠值膱鼍岸际菈蛴玫?，比如手機的定位，車隊管理，貨物跟蹤，人員定位，寵物定位，共享單車定位等等。因為定位在5米，10米，這些東西基本都能找到了。那么高精度定位有什么用呢？

我們這里把定位在1米以內(nèi)，厘米級，毫米級的定位，稱為高精度定位。

自動駕駛精度越高越好，厘米級是必須的，不能因為定位不準跑到其他車道把？

現(xiàn)在很多農(nóng)業(yè)自動化機械，比如耕地，收割，都是需要厘米級定位的，否則耕的路線都不是一條直線，收割也會把莊稼踐踏了，自動化就沒有意義了。

測繪地圖必須要高精度定位，這個大家都理解。

檢測山體滑坡，水壩變現(xiàn)這個都必須是毫米級精度的。

還有一些物品定位擺放，需要高精度定位擺放，會節(jié)省很大空間。

現(xiàn)在流行的無人機編隊表演，也是高精度RTK技術(shù)實現(xiàn)的，否則就會撞擊，圖像也無法做到想畫啥就畫啥，參考達盟GPS小編的文章《無人機編隊表演原理|無人機表演失敗原因分析|RTK在無人機表演中的應(yīng)用》。。。。。。

所以，高精度定位在很多行業(yè)都有著廣泛的剛需。

那么，高精度定位怎么實現(xiàn)呢？

高精度定位，有2種大的類型（單點定位和差分定位），實現(xiàn)的方法有很大分別。下面達盟GPS小編分別介紹一下。

2、單點高精度定位

（1）什么是單點定位

單點定位就是根據(jù)一臺接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機位置的方式，就是說不使用網(wǎng)絡(luò)進行差分定位。單點定位普通單頻方式精度可達5米左右，雙頻方式精度可達2米左右。多頻單點定位精度可以到1.5米左右。這種精度也是在開闊無遮擋的環(huán)境下才能達到。

（2）單點高精度定位

我們一般把亞米級別的定位成為高精度定位。單點高精度定位就是不使用差分方法的高精度定位。

（3）單點高精度定位的硬件實現(xiàn)

單點高精度定位對設(shè)備硬件的要求很高，主要有定位芯片，放大匹配電路（LNA+SAW等），，GPS北斗天線這幾部分。

①?定位芯片與定位模組

定位芯片廠家主要就是ublox，MTK，中科微，泰斗，華大等廠家。GPS北斗定位芯片產(chǎn)品手冊給出的定位精度一般是我們做出整機產(chǎn)品獲得的最佳效果定位效果了。我們來看主流的單頻定位芯片手冊的數(shù)據(jù)：ublox的8030數(shù)據(jù)是CEP（50%的概率） 2米，中科微的AT6558也是2米（CEP）。

基于定位芯片，加上LNA，SAW，匹配電路，做成PCBA，或者加入DR等其他芯片，封裝成模塊，我們就稱之為定位模塊（定位模組）。對整機廠家來說，使用模塊不用調(diào)試定位芯片傳導、匹配等性能，大大節(jié)省了整機廠家的研發(fā)周期（使用模塊成本會比使用芯片高些）。因此很多芯片廠家也出模塊，還有一些專門做模塊的公司，比如移遠，廣和通，SIMCOM等。這些大公司很多都是上市公司，研發(fā)實力雄厚，做的模塊一般經(jīng)過ROSH，CE，F(xiàn)CC等認證，大都是經(jīng)得起市場考驗。比如移遠的GNSS模塊，如下圖。

我們看到雙頻模塊定位精度，可以達到1米（CEP），這些測試數(shù)據(jù)都是在空曠，長時間靜止，使用最佳硬件環(huán)境下測試出來的。一般芯片廠家、模塊廠家都會把數(shù)據(jù)寫的最好看，在最佳硬件和測試環(huán)境下得到的數(shù)據(jù)，我們車載整機廠家做出來，肯定沒有這么好，因為我們的設(shè)備一般體積要求要小，天線一般都只能用普通的陶瓷天線，而且是內(nèi)置天線。

②?GPS北斗天線

天線也是定位中重要的一個環(huán)節(jié)。根據(jù)是否需要供電分有源，無源天線。有源天線因為多一級LNA放大所以比無源天線效果更好。根據(jù)頻段不同分單頻/雙頻/多頻天線。根據(jù)極化方向上分又分線性極化（手機上很多用這種），圓形極化（GPS信號是圓形極化的，我們用的陶瓷天線都是圓形極化的）等。還有根據(jù)形態(tài)和行業(yè)分類的比如四臂螺旋式天線（Quadrifilar Helix Antenna ），測量天線，扼流圈天線等。一般測繪用的天線性能是最好的。

下面我們看一下基于多頻多模，測量天線做的GPS北斗定位設(shè)備的定位精度如何：

設(shè)備是華測的i70II，可以看到，單點定位，多模多頻，用最好的天線，精度也就是在1.5米左右。這基本上是在不使用差分或者其他網(wǎng)絡(luò)校正的條件下最好的性能了。

（4）PPP定位技術(shù)

對于單點高精度定位，還有一個技術(shù)叫PPP，精密單點定位技術(shù)（precise point positioning，PPP）采用單臺GNSS接收機，利用國際GNSS服務(wù)組織（International GNSS Service，IGS）提供的精密星歷和衛(wèi)星鐘差，基于載波相位觀測值可實現(xiàn)毫米至分米級高精度定位。

PPP一般通過網(wǎng)絡(luò)或者衛(wèi)星獲取修正數(shù)據(jù)，單點定位在全球獲得高精度的方法。PPP現(xiàn)在已經(jīng)有很多服務(wù)商，基本都需要收費。相對于RTK的OSR（Observation Space Representation觀測域修正），PPP屬于SSR(State Space Representation狀態(tài)域修正）。很多服務(wù)商能提供30秒左右的厘米級定位了。比如ublox的PointPerfect服務(wù)（PPP-RTK技術(shù)）。見下圖：

中國的北斗在幾個GEO衛(wèi)星B2b頻段也播發(fā)PPP-B2b信號了，芯片廠家和芯星通UC9810支持支持 B2b-PPP，水平精度：10 cm，高程精度：20 cm（收斂時間 10 min）。

未來，PPP定位技術(shù)會逐步普及，單點厘米級定位會在普通應(yīng)用場景得到普及。

總體來說，在沒有任何差分和修正數(shù)據(jù)的情況下，雙頻和多頻定位，比單頻定位可以很好地減小電離層誤差，減小多徑誤差，減小復雜環(huán)境下衛(wèi)星數(shù)量少造成的幾何構(gòu)型誤差，所以在信號比較差的條件下，可以獲得更好的定位效果。

3、差分高精度定位

（1）什么是差分定位

差分定位（DGPS Differential GPS）:一個或多個安裝在已知位置點上的GPS接收機作為基準站接收機，通過基準站接收機對GPS衛(wèi)星信號的測量而計算出差分校正量，然后將差分校正量播發(fā)給位于差分服務(wù)范圍內(nèi)的用戶接收機，從而減少甚至消除衛(wèi)星時鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流程誤差，以提高用戶接收機的定位精度的方法。

（2）差分定位的分類

① 根據(jù)基站發(fā)送差分校正的目標參量區(qū)分

根據(jù)基站發(fā)送差分校正的目標參量不同，差分GPS可主要分為位置差分（對定位器要求必須跟基站的算法一致，星座一致，所以比較難使用，基本很少用了）、偽距差分（RTD，精度可到亞米級別）、以及載波相位差分（RTK，精度可達毫米，現(xiàn)在是主流）。

RTK和RTD的介紹，詳情可以參考達盟GPS小編的文章《GPS精確定位的RTK與RTD技術(shù)比較》。

自己建基站，可以省了給運營差分服務(wù)的費用，基站與用戶終端之間的距離越近，定位越準，一般有效范圍是20公里。

為了實現(xiàn)更廣的覆蓋，現(xiàn)在出現(xiàn)了CORS（連續(xù)運行參考站，Continuously Operating Reference Station），CORS建立一個龐大的基準站網(wǎng)絡(luò)（目前移動建了4400+基準站，千尋2800+基準站，騰訊2000+基準站），并通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸這些基準站的校準信息，用戶只需要登錄帳號（收費）即可獲得這些信息并進行校準。因為有更多的基準站，精度也有所提高，也實現(xiàn)了全國各主要城市的覆蓋。

②?根據(jù)系統(tǒng)所服務(wù)的地理方位來分

根據(jù)系統(tǒng)所服務(wù)的地理方位來分，差分GPS通常分為局域，區(qū)域和廣域三大類，他們擁有不同長度的基線距離。

上面介紹都是在地面建設(shè)基站，屬于局域或者區(qū)域差分。又叫地基增強系統(tǒng)。地基增強的精度雖然很高，但覆蓋范圍卻有一定限制。定位目標必須處在通信信號覆蓋的范圍之內(nèi)，在通信信號難以覆蓋的高空、海上、沙漠和山區(qū)，則形成了大范圍的定位盲區(qū)。因此，星基增強的需求出現(xiàn)了。

把差分數(shù)據(jù)從衛(wèi)星上播發(fā)的系統(tǒng)叫星基增強系統(tǒng)（SBAS，Satellite-Based Augmentation System），一般使用GEO衛(wèi)星發(fā)布，一顆衛(wèi)星理論可以覆蓋地球三分之一的面積。這種精度會差一些，但隨著技術(shù)的不斷升級，現(xiàn)在也有能精確到厘米級別的了（厘米級一般收斂的時間都比較長，靜態(tài)20分鐘左右，動態(tài)米級就很快），比如美國StarFire，美國OmniStar，英國Veripos，日本QZSS，中國的千尋位置和中國精度。美國的WAAS，歐洲的EGNOS、日本的MSAS、印度的GAGAN這些SBAS主要是給航空用的，動態(tài)米級。

可以參考達盟GPS小編整理的文章《高精度GPS定位的技術(shù)實現(xiàn)方法–地基增強系統(tǒng)與星基增強系統(tǒng)》。

4、測繪級頂配產(chǎn)品的定位精度，手機的定位精度，普通車載定位器的定位精度

下面是司南的T50測繪級別的產(chǎn)品，7星30頻，并行通道1198個，支持RTK，PPP，SBAS，帶慣導，基本是頂配的高精度定位產(chǎn)品了。我們看單點定位精度可以到1米左右，SBAS星基差分精度也可以到1米左右，RTK精度在8mm左右。

這些測繪級的產(chǎn)品（一般價格都是幾萬起步），頂配的芯片，頂配的天線可以做到的精度，比我們車載行業(yè)的GPS北斗產(chǎn)品精度高幾個量級。車載GPS北斗定位器一般要求體積小，天線基本是陶瓷的內(nèi)置天線，定位精度肯定要比測繪級的低很多。手機因為體積限制，GPS北斗天線都是線性極化的，干擾源更多，更難做到高精度定位。

我們現(xiàn)在用手機的定位精度也是5米左右（一般都是單頻多模的），導航基本夠用了。

華為號稱全球首發(fā)，推出了亞米級車道定位手機。現(xiàn)在已經(jīng)很多款支持的，下邊舉Mate40為例。

華為Mate40支持的頻段算是比較多了（支持蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位 / WLAN網(wǎng)絡(luò)定位/ GPS（L1 + L5 雙頻）/ AGPS / GLONASS / 北斗（B1I + B1C + B2a 三頻）/ 伽利略（E1 + E5a 雙頻）/ QZSS（L1 + L5 雙頻）/ NavIC）,主要集中在L1,L5頻段算雙頻手機吧，但他的米級車道定位也需要用RTK才行。若不用RTK，也只能在3米左右的精度了。這是手機定位現(xiàn)階段定位最好的產(chǎn)品系列了。

一般車載定位器單頻單點定位精度在5米左右，單頻RTK可以到20cm左右的精度。雙頻單點定位精度在2-3米左右，雙頻RTK精度可以到10cm左右。達盟科技針對客戶的需求，也定制過幾款高精度定位產(chǎn)品，可以參考《深圳市達盟科技有限公司》的網(wǎng)站上的高精度定位產(chǎn)品。

（1）無人機編隊表演的系統(tǒng)組成：

示意圖如下：

1）機架動力套裝

2）無人機飛控系統(tǒng)，目前市場的主流，pixhack飛控硬件。支持ardupilot與PX4的固件。

3）無人機集群數(shù)傳系統(tǒng)：目前主流的有xbee，zigbee，lora，3DR無線數(shù)傳，WiFi，433，4G等通信方案。

4）無人機RTK定位系統(tǒng)

5）LED驅(qū)動控制系統(tǒng)

（2）無人機編隊表演大致的原理過程

進行一次無人機表演之前，無人機操控團隊需要對無人機的飛控系統(tǒng)和地面站進行編程，現(xiàn)在有很多軟件可以設(shè)計空中舞步，空中舞步最后通過軟件轉(zhuǎn)換成每臺無人機的飛行路線、速度、坐標等參數(shù)進行設(shè)置，同時還有LED燈光的亮度和閃動頻率等，讓無人機能夠按照預設(shè)的圖案進行表演。

隨著科技的進步，目前無人機表演編程所花的時間正在逐步縮短，從創(chuàng)意到完成整個設(shè)計，只需要半天甚至幾個小時就可以完成。

（3）無人機編隊表演的市場價值

目前，無人機表演的“出場費”從開始的1萬元/架，降低到現(xiàn)在的500-1000元/架。隨著無人機制造成本的不斷降低，加上無人機表演無污染，綠色環(huán)保，將更多地替代煙火等其他的表演形式，成為各種大型慶?；顒拥膶檭?，有著巨大的市場潛力。

2、無人機編隊表演的關(guān)鍵技術(shù)，RTK技術(shù)在無人機表演中的應(yīng)用

作為已經(jīng)量產(chǎn)了RTK高精度GPS定位器的我們，達盟GPS小編對RTK技術(shù)是比較了解的。

無人機表演關(guān)鍵是使用了RTK技術(shù)的GPS北斗定位系統(tǒng)，通過“地面站”和飛機的配合，能夠精確定位每一臺飛機在空中的位置，精度可以做到厘米級別。

可以簡單的理解RTK定位技術(shù)就是GPS北斗定位的升級版本，是可以精確到厘米級別的定位技術(shù)，簡單原理是通過地面基站獲取GPS北斗的修正參數(shù)，上傳到無人機修正坐標位置，使其精確到厘米級別。若想詳細了解RTK定位技術(shù)，參考達盟GPS小編以前的文章《GPS精確定位的RTK與RTD技術(shù)比較》。

普通GPS北斗定位精度（空曠環(huán)境）5米左右，不能滿足無人機編隊精準“畫”出精彩的圖案的需求，大批無人機若是不能精準定位，很容易發(fā)生撞擊事件。

所以，無人機編隊表演最難的是讓無人機待在精準的位置上，厘米級別的誤差，才能保證飛行軌跡整齊劃一。

另外，無人機編隊表演還需要解決授時、導航、抗干擾、路徑協(xié)調(diào)等多個技術(shù)難題。

3、無人機編程表演的最大難題

無人機編程表演的最大難題在于安全保障。

因為同時幾百甚至幾千架無人機飛在空中，若失控撞擊到建筑物、高架線都是非常危險的；失控墜落到人群，高速旋轉(zhuǎn)的旋翼刮到人肯定是要見血的，高空炸機墜落的話，想想高墜落的雞蛋都能砸傷人，無人機比雞蛋可重多了。

所以表演的安全保障是最重要的。

現(xiàn)在無人機編隊很多采用了傳感器雙備份、多冗余設(shè)計的智能無人機，以及專屬實時通訊網(wǎng)絡(luò)，多個數(shù)傳通道，確保在多種環(huán)境下安全飛行。通過前期空域報備和設(shè)立電子圍欄保護區(qū)域，確保編隊飛行的合法合規(guī)，多重的安全保障讓精彩表演順利呈現(xiàn)。

盡管采用了很多預防措施，還是出現(xiàn)了很多次的表演事故。

一般最容易出問題的是這幾個地方：

（1）數(shù)傳通訊出現(xiàn)故障：無人機無法及時執(zhí)行控制中心發(fā)出的指令亂飛，無法更新RTK數(shù)據(jù)而導致無法精確定位。

（2）GPS信號丟失：無法定位，無人機亂飛。

（3）磁羅盤（電子指南針）被干擾：無人機容易畫圈飛。

這幾個問題都會導致編隊無人機大面積亂飛，飛機墜落，撞擊等嚴重事故。

個別的電池故障，機械故障，傳感器未校準等只會影響到個別無人機，對整個編隊表演影響不大，不在本文討論范圍。

下面針對幾次重大無人機表演事故進行分析。

4、幾次重大無人機表演事故分析

（1）西安無人機表演失控分析

2018年4月29日，億航在西安古城墻前進行無人機編隊飛行表演，1374架無人機成功獲得吉尼斯世界紀錄榮譽“最多無人機同時飛行”，但在5月1日的表演中，496架無人機受到影響，出現(xiàn)“亂碼”。如下圖：

在表演事故發(fā)生近一周后，億航給出官方說法，表演當晚，無人機設(shè)備、通信系統(tǒng)和飛行系統(tǒng)正常，但部分無人機的定位及輔助定位系統(tǒng)在起飛后受到定向干擾，造成其位置和高度的數(shù)據(jù)異常。

定向干擾分多種情況，比如有人利用反無人機技術(shù)，用電子干擾槍發(fā)出電磁信號，阻斷衛(wèi)星（GPS L1，L2頻段，北斗B1頻段等）、無人機與地面站的通信鏈路（2.4G和5.8G WIFI頻段，這2個頻段是公開不用授權(quán)使用的頻段，干擾本身就很多），讓無人機失控。在某東輸入“無人機干擾器”，很容易得到下面的參考樣機.

方便攜帶，操作簡單。在1-2公里外偷偷按下按鈕，就能“射殺”無人機，或者直接把控制中心與無人機的鏈路切斷。

再比如表演地點有廣播電臺，表演時廣播電臺恰好發(fā)出信號，也有可能影響到無人機編隊的定位。

如果編隊飛行碰到定向干擾，很難急救，除非能識別定向干擾的位置。

達盟GPS小編認為西安無人機表演失控，定向干擾可能性不大，因為西安這次表演是控制臺與無人機是通過4G信號通訊的（億航人說的）。無人機干擾器不能干擾4G信號（應(yīng)該是不讓賣這種對公網(wǎng)有干擾的大功率設(shè)備）。因為是496架無人機同時失控（將近總數(shù)的1/3），應(yīng)該是RTK鏈路數(shù)據(jù)更新出問題了。

因為5月1號現(xiàn)場人太多，4G基站負荷太大，導致這496架無人機注冊的基站（或者臨時加強4G通訊用的移動基站）重啟或者掉電，導致RTK數(shù)據(jù)無法及時更新，無人機從RTK模式切換到GPS+氣壓計定位模式，最終導致局部“亂碼”。

現(xiàn)在很多數(shù)傳采用WIFI+433雙通路的方式，盡量避免這種因為數(shù)傳通道故障導致的大規(guī)模無人機失控。4G在現(xiàn)場人多的時候，也很容易注冊不上基站，或者被基站踢掉。

（2）重慶無人機撞大樓

2021年1月25號，重慶朝天門大約數(shù)百架無人機在表演時突然撞上大樓，最終多駕無人機失控散落在地上和江面。如下圖：

還好大樓和人員沒有受到傷害。官方給出的解釋是主機死機了。這里的主機應(yīng)該是控制中心的電腦。

這種數(shù)百臺無人機集體撞向大樓的情況，達盟GPS小編猜測應(yīng)該是舞步的軟件坐標寫反了。好在這是試飛，出錯是難免的，正式飛也很難保證100%成功。

損失不小啊，一臺無人機要幾千元。至少幾十萬打水漂了。

（3）鄭州無人機墜落事件

2021年10月1日21時許，在河南省鄭州市高新區(qū)萬達廣場舉辦了一場無人機表演，在表演期間，多架無人機紛紛“熄燈”并緩緩墜落，砸向人群，還有的砸中了汽車，現(xiàn)場如同下冰雹，一度十分混亂。如下圖：

鄭州萬達廣場無人機編隊“炸機”，一開始被懷疑成是控制信號受到干擾，后來官方確定是8架無人機出現(xiàn)了機械故障，表演被迫暫時終止，其余無人機系迫降，并非墜落，網(wǎng)上流傳的“數(shù)千架無人機表演時被競爭者進行干擾，導致飛機失控”的說法也并不屬實。據(jù)悉，事故未造成人員傷亡和重大財產(chǎn)損失。

一共200架飛機參加表演，8架飛機機械故障，達盟GPS小編認為同時出現(xiàn)這么多機械故障，若是真的，那這次表演的主辦方的無人機品質(zhì)也太差了，事先也沒做好測試準備。這種情況挺像受到了無人機干擾器的干擾。

RTK工作原理見下圖：（RTD的原理類似，只是差分用的是偽距值或者坐標值）。

GPS定位的精度由衛(wèi)星（星歷誤差與模型誤差，時鐘誤差等），信號傳播（電離層折射，對流程折射、多徑效應(yīng)等），信號接收（接收機天線性能，噪聲干擾等）等綜合因素影響。
若使用兩臺接收機，同時接收GPS信號，其中一臺接收機坐標已知（稱為參考站），另外一臺接收機坐標待測（稱為流動站）。在這2臺接收機距離不太遠的時候（幾十公里到幾百公里，這個距離矢量稱為基線），可以認為電離層和對流程對兩臺接收機的影響是一樣的，衛(wèi)星鐘差影響也相同。
通常在參考站（坐標已知）上計算出誤差的修正數(shù)（已知數(shù)與觀測值的差值），再將這個修整數(shù)傳輸給流動站（用戶接收機），流動站將修正值加上觀測值，得到修正后的精確位置。

RTK和RTD的主要區(qū)別：
RTK：載波相位L1、L2差分技術(shù)
RTD：碼（C/A碼、P碼）差分技術(shù)，或者坐標差分技術(shù)。

RTD的精度只能達到亞米級，而RTK采用雙頻可以達到厘米級。

作為專業(yè)GPS定位器生產(chǎn)廠家，我們已經(jīng)在精確定位的方向上做了布局。