Multi-band GNSS 导航新世代,多频多星定位技术解密
几十年来,众多冒险玩家都是 Garmin 户外运动腕表的爱用者。Garmin 提供各式各样耐用的 GPS 腕表或手持设备,满足各种活动需求,从传统按键到触控屏幕,小巧机身到大尺寸显示,应有尽有。
作为深耕导航科技的品牌,我们在2022年上市的几款户外运动腕表中都加入了 Multi-band GNSS(或称多频多星定位技术)。多频多星定位技术比前一代导航技术更强大,定位更精准。这意味着在更具挑战的环境中,例如讯号容易反弹的楼宇间或山谷中,或是讯号容易受阻挡的树下或森林中,使用者都能享有更好的追踪能力及定位精度。
Garmin 工程师 Jared Bancroft 针对这项技术提供了进一步说明,并且介绍了这些卫星的历史及使用多频多星定位的好处。希望可以帮助大家理解及使用。
Garmin 为何决定将多频多星定位技术加入户外运动腕表?
以 GPS 卫星系统来说,建构之初采用两个频率——L1 以及 L5 发送讯号。L1 公开免费,也是主要的民用频率。第二个频率(L5)保留给军方,只能通过加密密钥使用。启用40年来,GPS 的用户群发现,他们能够将卫星讯号现代化,
为民间卫星用途增加精度,同时又能满足军方的需求。因此,GPS 后来额外加入了一个频率(L5),并从2009年开始发射能传送该频率的卫星。现代化的 L5 频率,讯号特性优于 L1,两个频率一起使用能带来***的定位精准度。使用 L5 频率时,接收器能通过更先进的方式判定哪一个讯号错误较少,借此增加定位精度。
为什么 Garmin 没有在过去的设备中采用多频多星定位技术?为什么现在才有?
卫星系统是由国家的相关部门在维护。所有卫星***终都会出现故障并淘汰置换。每次卫星有故障时,相关部门不会直接发射一枚新的卫星,而是启用现役的备用卫星,通过这样的方式在卫星故障时维持完整的卫星系统。老旧的卫星***终都会失效并被移往另一个轨道,再由新的卫星取代。
虽然 L5 卫星从2009年就开始升空,但是要在卫星系统当中加入新的卫星,也花了几年的时间。新的现代化卫星陆续加入,也逐渐展现它们的效用。即使到了今天,部分 GPS 卫星仍然无法传送 L5 讯号,因此需要在服役期满后接受升级。截至2021年3月,大约有52%的 GPS 卫星有 L5 频率。我们估计到2023年,将有71%的 GPS 卫星具备 L5 能力(当然准确的进度还是要以实际为准)。
采用多频多星定位,对使用者在定位精准度上有什么好处?
在 GPS 讯号可接收但严重衰减的时候,例如云层厚重的雨天、丛林中、高楼林立的城市里,多频多星技术就能发挥它的优势。在这些情况下,接收器需要分辨哪些是反射讯号,哪些又是直线视距讯号。在定位过程中,反射讯号会造成不精准的卫星距离。当卫星采用这些不精准的距离数据时,定位就会跳动、偏离路线或***失准,因为此时数据已经与实际不相符了。在这种情况下,L5 就能提供比传统 L1 更好的连续性及精准度。当然,使用 GPS 时不可能尽善尽美,卫星讯号不可能在***环境中都能接收,但总体来说,L5 能够带来令人满意的升级表现。
当需要高定位精准度时,L5 就成了必备条件。L5 还有另一个大家比较少谈论到的好处,那就是可靠性。可靠性指的就是接收器显示的精度数字在数学上的可信度。我们一般会将精准度想成是与真实值的误差。实际上,接收器利用的是测量结果的一致性来显示定位的精准度。不然,如果接收器真的知道与真实值的误差,它直接告诉你即可。
卫星测量的一致性即代表可靠性。如果所有测量结果都相符,你大概就能有把握知道你手中的数据可靠且可信。如果测量结果不相符,你可能就会对设备的定位精准度没那么有信心。一般来说,精准度和可靠性之间必须取得一个平衡。如果要获得更高的可靠性(或称可信度),通常需要设定精准度较低的指标。这些操作不会改变接收器运算的坐标,只会改变接收器对于这些坐标的可信度。
我们以一架飞越海洋的飞机为例:接收器估计的精准度可能是3米,重要的是,要知道这个3米的数字可靠性有多高。在飞行中,定位数据的可信度经常比精度还要重要。如果可信度低,代表采用此数据发生风险的几率高,驾驶员这时就可以采用替代的导航信息。如果可信度高,驾驶员可以决定精度是否满足他的任务需求(降落或在空域中导航等等)。
有了多频定位技术,你就能获得更多信息,在实际用途中亦能带来更高的可信度。比起过去,你可以更信赖它的数据。
恶劣天气下导航的可靠度,是众多用户在意的要求。
Garmin 户外运动腕表是市场上可实现精准导航的产品之一。加入多频多星定位技术只是一种升级。其他的导航卫星系统也有 L5,欧洲 Galileo 定位系统及中国北斗卫星导航系统都有类似的 L5 讯号。如此一来,腕表能利用多个卫星系统提升定位精度以及可靠性。
要获得更好的定位,我们建议使用者在寻求更高的定位精度时,使用产品支持的多卫星系统,包含 GPS、北斗、GLONASS 及 Galileo 等。
目前中国大陆地区支持 Multi-band GNSS 多频多星定位技术的产品有:
fēnix 7 系列户外运动腕表;
epix 系列商务智能腕表;
tactix 7 Pro 战术户外运动腕表;
Forerunner 255 / 955 系列跑步腕表;
Edge 1040 系列自行车码表。
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Garmin 创立于 1989 年,由高民环博士 (Dr. Min Kao) 与 Gary Burrell 共同创立。高民环博士与 Gary Burrell 曾经是一起共事,两人分别专精于 航天科技产业、GPS、导航与航空航海电子相关领域。共事时发现导航相关技术的巨大***,尔后一起携手创业,矢志要成为成为全球航空、航海、车用及户外导航和其它电子产品市场的***。品牌名称 Garmin,正是两人名字的组合 — Gary 与 Min。