u-blox 推出了 M10，這是其最新的 GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）平臺，完全由內(nèi)部設(shè)計(jì)，用于低功耗定位應(yīng)用。u-blox M10 適用于廣泛的應(yīng)用，例如運(yùn)動手表或貨物和牲畜追蹤器，所有這些都具有小尺寸和非常長的電池壽命。

摩天大樓限制了天空的一部分。因此，GNSS 接收器視線范圍內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)量（城市峽谷）使得 GNSS 接收器極難鎖定軌道上衛(wèi)星發(fā)出的信號足夠長的時(shí)間以連續(xù)定位自身。增加衛(wèi)星的數(shù)量可以產(chǎn)生顯著的差異。

新的 M10 u-blox 定位平臺可以同時(shí)從多達(dá)四個(gè) GNSS 星座中獲取數(shù)據(jù)，即使在非常高的建筑物等惡劣環(huán)境中也是如此。接收器的 Super-S 技術(shù)有助于過濾噪聲和區(qū)分定位信號。

u-blox AG 定位產(chǎn)品經(jīng)理 Bernd Heidtmann 在一次 EE Times 采訪中強(qiáng)調(diào)了 u-blox M10 如何設(shè)計(jì)為在連續(xù)跟蹤模式下消耗 12mW，比母公司之前的技術(shù) (M8) 減少了約 5 倍.

“Super-S 技術(shù)通過弱信號或小型天線優(yōu)化功耗和精度。較短的首次定位時(shí)間 (TTFF) 可確保低功耗，而弱信號補(bǔ)償功能可提高定位精度，”Heidtmann 說。

圖 1：u-blox M10 和 u-blox M8（來源：u-blox）

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)平臺

衛(wèi)星定位是一項(xiàng)不可或缺的日常技術(shù)。當(dāng)我們必須去某個(gè)地方時(shí)，我們現(xiàn)在依靠它。由于硬件和軟件電子成本的降低，應(yīng)用和用例方面有了很大的擴(kuò)展。我們不斷地依賴它——通常甚至沒有意識到它。在安全性和新商業(yè)模式發(fā)展的推動下，精確度的挑戰(zhàn)始終是一個(gè)重要因素。

歐盟的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) Galileo 允許 GNSS 接收器確保衛(wèi)星信號實(shí)際上來自 Galileo 衛(wèi)星并且未被修改。這種方法使黑客更難以完成他們的“工作”。歐洲 GNSS 星座將是第一個(gè)向平民用戶提供免費(fèi)認(rèn)證導(dǎo)航信息的星座。

Galileo 是歐洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS)，旨在為世界各地的用戶提供位置、導(dǎo)航和天氣信息。與其他 GNSS 系統(tǒng)不同，Galileo 由一個(gè)民間機(jī)構(gòu)歐洲航天局 (ESA) 管理，其設(shè)計(jì)旨在滿足不同用戶群體的需求。

伽利略衛(wèi)星部分涉及使用 30 顆衛(wèi)星（24 顆運(yùn)行衛(wèi)星和 6 顆備件），在軌道上的高度超過 23,000 公里。衛(wèi)星將均勻分布在三個(gè)軌道平面上，繞地球運(yùn)行大約需要 14 小時(shí)。

所使用的安全方法包括在 GNSS 導(dǎo)航電文上附加一個(gè)加密的認(rèn)證簽名，該簽名可用于基于混合對稱/非對稱密鑰方法驗(yàn)證消息。GNSS 數(shù)據(jù)認(rèn)證將在高級駕駛輔助系統(tǒng)、自動駕駛或任何數(shù)量的風(fēng)險(xiǎn)商業(yè)活動中發(fā)揮重要作用。

u-blox 硬件

u-blox M10 設(shè)計(jì)為在連續(xù)跟蹤模式下消耗 12mW，使其成為電池供電應(yīng)用的理想選擇。u-blox M10 提高的射頻靈敏度還縮短了平臺在初始化時(shí)到達(dá)第一個(gè)固定位置的時(shí)間，即使使用小型天線也能正常工作。

“u-blox M10 芯片尺寸為 4×4 mm，采用 QFN 封裝。著名的“MAX”模塊外形允許輕松集成，無需外部組件。“ZOE”外形具有與 MAX 和 NEO 模塊相同的功能。這就是所謂的打包系統(tǒng)。它具有與 max 模塊相同的功能，但只有 20 平方毫米”，Heidtmann 說。

圖 2：三個(gè)模塊，左起：QFN 封裝、MAX 模塊和 ZOE 外形尺寸（來源：u-blox）

在澳大利亞和德國進(jìn)行的兩項(xiàng)測試表明，即使在大型建筑物可能遮擋信號的惡劣環(huán)境中，Super-S 和改進(jìn)的“Super-E”模式也可以以更低的更新速率進(jìn)一步降低功率，優(yōu)化信號所在位置的測量非常低（圖 3）。

Super-S 技術(shù)解決了工業(yè)跟蹤和可穿戴用例中遇到的兩個(gè)常見挑戰(zhàn)：GNSS 信號微弱和天線定位不足，以及惡劣天氣、天空視野受阻和城市峽谷等因素對到達(dá)定位的 GNSS 信號質(zhì)量產(chǎn)生不利影響接收機(jī)，降低定位性能。u-blox Super-S 技術(shù)結(jié)合了 2 種不同的尺寸來應(yīng)對這些情況。

GNSS 接收器可以處于兩個(gè)操作階段：獲取階段和跟蹤階段。在第一階段，靈敏度更高，通過獲得更高概率的位置和消耗更少的能量來減少采集時(shí)間。在下一階段，目標(biāo)是保持位置。

圖 3：澳大利亞同時(shí)接收 4 個(gè) GNSS 的最大位置可用性（來源：u-blox）

圖 4：德國的弱信號補(bǔ)償（來源：u-blox）

“如果你看圖片，在圖 3 的左側(cè)，你會看到一個(gè) 1 和一個(gè) 2。在第一個(gè)中，您會看到建筑物沒有第二個(gè)那么高。如果你向右看，你會看到所有這些彩色線條的莖，綠色是真正的路徑，真正的位置。然后是黃色的 M8 和藍(lán)色的 M10。對于第一名，您會發(fā)現(xiàn)幾乎沒有區(qū)別。他們基本上報(bào)告了真實(shí)情況。但如果你看第二個(gè)，你會發(fā)現(xiàn)不同。黃線距離果嶺約20米。而藍(lán)線距離果嶺約10米。在這種情況下，我們看到在市區(qū)深處擁有非常高的建筑物，因此擁有 4 個(gè) GNSS 會有所不同，”Heidtmann 說。

他補(bǔ)充說，“如果你在這個(gè)地區(qū)，你就看不到每顆衛(wèi)星，因?yàn)榻ㄖ飼o你一個(gè)陰影。而且，如果你能收聽所有四個(gè)星座，你就會趕上更多的衛(wèi)星。然后，當(dāng)然，這會給你帶來好處，因?yàn)榭偸怯羞x擇的。因此，接收器將查看所有可用的衛(wèi)星，然后選擇最多 30 個(gè)信號進(jìn)行跟蹤。但當(dāng)然，在這種情況下，你沒有 30 個(gè)，如果你有 8 個(gè)或 9 個(gè)，你就很幸運(yùn)了，”Heidtmann 說

小天線或不良天線位置會導(dǎo)致射頻信號強(qiáng)度差。弱信號補(bǔ)償改變接收器行為以適應(yīng)這種情況。“駕駛測試表明，位置和速度精度提高了 25% 以上，”Heidtmann 說。

圖 5：M10 框圖（來源：u-blox）

圖 6：u-blox M10 和 M8 比較（來源：u-blox）

u-blox M10 具有先進(jìn)的欺騙和干擾檢測功能。“檢測到欺騙和干擾攻擊并報(bào)告給主機(jī)。基于 GNSS 原始數(shù)據(jù)分析的欺騙檢測，以及通過使用經(jīng)過身份驗(yàn)證的信號 (Galileo OS-NMA) 來緩解欺騙攻擊，”Heidtmann 說。

關(guān)鍵應(yīng)用程序需要知道他們對接收器獲取的數(shù)據(jù)有多大的信心。保護(hù)等級描述了最大位置誤差并量化了系統(tǒng)的可靠性。此級別受通常影響 GNSS 解決方案的所有誤差源的影響。

“例如，如果 GNSS 接收器以 95% 的保護(hù)級別為一米來確定其位置，那么報(bào)告的位置距離其實(shí)際位置一米以上的概率只有 5%，”Heidtmann 說。

與 GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）部門相關(guān)的系統(tǒng)和技術(shù)創(chuàng)新是一個(gè)不斷快速發(fā)展的過程。GPS 在這些水平上的瞬時(shí)精度是為美國國防部保留的，但這引發(fā)了創(chuàng)建更可靠的替代系統(tǒng)的競賽，從而產(chǎn)生了 GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)），其中有來自世界多個(gè)國家的貢獻(xiàn)，例如俄羅斯 GLONASS ，中國的北斗和歐洲的伽利略。伽利略數(shù)據(jù)有助于在各種環(huán)境中定位信標(biāo)并營救遇險(xiǎn)人員。