使用套件快速開發 GNSS 型精準定位應用

使用全球導航衛星系統 (GNSS) 進行基本導航，已成為日常常態。然而，新興應用對定位準確度的依賴早已超出傳統衛星導航系統的能力範圍。雖然現已可找到可提供更加精準定位資訊的 GNSS 校正方法，但實際部署仍面臨多重挑戰，包括達到所需的準確度、可靠性、整合簡便性，以及完善的安全防護。

然而，目前已有迅速進展來解決這些問題。接下來將介紹 u-blox 推出的全整合式全頻段高精度 GNSS 模組、評估套件、軟體及服務，可協助您快速部署定位系統，提供所需的公分級準確度。

為什麼各種應用都需要超過 GNSS 的定位準確度

在需要數公尺 (m) 等級準確度的個人及商業運輸應用中，GNSS 型導航已成為日常的一部分。廣域增強系統 (WAAS) 等校正方法的問世，更進一步將定位準確度縮小到飛航精密進場所需的 1 至 2 公尺程度，但這對更廣泛的應用來說，仍不夠精準。

舉例而言，傳統單頻段 GNSS 模組常常無法提供所需的精度、速度及穩健性，因此不適合用於需要車道等級準確度的先進駕駛輔助系統 (ADAS) 及自駕功能。同樣地，無人機或無人搬運車等解決方案的有效運作需仰賴快速的訊號聚合、卓越的準確度及干擾防護功能。

精準農業與重型設備的應用則需要公分 (cm) 等級的定位準確度，尤其在傳統網際網路協定 (IP) 型校正服務難以覆蓋、效能不一致且營運成本高昂的偏遠地區更是如此。

同樣地，電信基礎建設仰賴精確到奈秒 (ns) 等級的計時同步，而這對於傳統 GNSS 模組來說是一大挑戰，往往會面臨準確度不足、易受假訊號欺騙及干擾等問題。

傳統的全頻段 GNSS 解決方案雖能提升準確度，但常面臨設計複雜、功耗增加與成本上升的問題。u-blox 的 ZED-X20P 全頻段高精度 GNSS 模組可直接解決這些應用的特定難題。

全方位解決方案如何增強定位準確度

u-blox 的 ZED-X20P 模組專門以最廣泛的覆蓋範圍提供精準定位資料所打造，可同步接收多個 GNSS 頻段，包括 L1 (1559 至 1610 MHz)、L2 (1215 至 1252 MHz)、L5 (1164 至 1210 MHz)、L6/E6 (1260 至 1300 MHz)，以及 L 頻段 (1520 至 1559 MHz)。

此模組具有全頻段功能，因此可支援多個 GNSS 星座，包括全球定位系統 (GPS)、Galileo 衛星導航系統、北斗導航衛星系統 (BDS)、衛星型增強系統 (SBAS)、準天頂衛星系統 (QZSS) 以及印度星座導航 (NavIC)請注意，若您必須進一步限制功耗，仍可設定此模組只接收部分 GNSS 星座。

對於開發者而言，此模組的高度整合架構 (圖 1) 有助於加速系統整合並降低複雜性，能為高精度定位提供直接可用的解決方案。

圖 1：ZED-X20P GNSS 模組更提供多頻段、多星座的完善支援，具有整合式安全功能及快速聚合演算法，有助於開發人員簡化高精度 GNSS 的設計。(圖片來源：u-blox)

模組整合多頻段無線射頻 (RF) 前端，並具有一個數位區塊，其中包含處理器、GNSS 引擎、整合式快閃記憶體，以及可設定時間脈衝同步輸出的專用時序引擎。採用緊湊的表面黏著式封裝，尺寸僅有 17.0 × 22.0 × 2.4 mm，在 3.0 V 下的典型電流消耗量約為 55 mA。

模組的整合式頻譜分析器可監測 RF 環境是否有干擾，同時 ZED-X20P 亦能抵禦多重直接威脅。其多層保護措施包含具備安全啟動與安全儲存的信任根、干擾及欺騙偵測，並支援 Galileo 開放服務導航訊息驗證 (OSNMA) (圖 2)。Galileo OSNMA 可確保與 Galileo 衛星達到安全的端對端傳輸，能讓民間使用者針對其安全關鍵 GNSS 應用進行驗證。

圖 2：ZED-X20P GNSS 模組支援 Galileo OSNMA，可確保與 Galileo 衛星達到安全的端對端傳輸，能讓民間使用者針對其安全關鍵 GNSS 應用進行驗證。(圖片來源：u-blox)

針對高精度定位應用，此模組可支援觀測空間表示法 (OSR) 的即時動態定位 (RTK) 校正，以及狀態空間表示法 (SSR) 的精密點定位即時動態定位 (PPP-RTK) 校正。

採用 OSR 校正之 RTK 包含的校正量測資料會以海事無線電技術委員會 (RTCM) 的訊息型式送達，再由校正資料供應商利用 NTRIP 協定在網際網路上傳輸。此模組的 RTK 操作模式可針對採用 Network RTK (nRTK) 或單站 RTK 構建的較短基線應用場景提供一個使用直覺的解決方案。在 nRTK 架構下，模組會採用虛擬基準站 (VRS) 服務供應商的 RTCM 校正法來運作 VRS 網路。在單站 RTK 架構下，基準站則在本地，會將校正數據傳送至移動站接收器。

舉例來說，機器人割草機便可輕易使用單站 RTK 架構，其中一個 ZED-X20P 模組當作基準站，負責提供校正訊號給另一個當作移動站接收器的 ZED-X20P 模組 (圖 3)。

圖 3：透過 OSR 型 RTK 的原生支援，就可快速配置兩個 ZED-X20P 模組來支援短基線應用，如機器人割草機。(圖片來源：u-blox)

採用 SSR 的 PPP‑RTK 同樣使用 NTRIP 協定，但此協定並不會傳送指定的校正資料，而是會利用即時導航安全定位增強 (SPARTN) 格式，將衛星為主的模型 (包括軌道、時脈及訊號偏移) 串流傳送到接收器。透過串流資料，採用 SSR 接收器的 PPP‑RTK 可利用 SPARTN 訊息 (透過行動網路或 L 頻段衛星廣播傳輸) 中的資料，自行計算本地校正資訊。

由於此校正協定結合了超低數據傳輸率以及接收器自行計算校正資訊的特性，因此在通訊頻寬受限的長基線應用中特別有效。ZED-X20P 模組具備 L 頻段接收能力，以及對 SPARTN/SSR 的原生支援，因此非常適合用於會面臨行動網路連線不穩定的無人飛行載具 (UAV)、農業設備以及物流／運輸系統等應用。若要取得校正資料，您可以利用 u-blox 的 PointPerfect Flex PPP-RTK 校正服務，能以符合成本效益的計量式方案，透過行動網路連線或 L 頻段衛星連線，支援 SPARTN 格式的訊號傳輸。

若搭配高品質的天線，如 u-blox 的 ANN-MB2-00，ZED-X20P 模組就能可靠地接收校正資料，就可達到 0.6 cm + 1 ppm 的 RTK 準確度，以及小於 6 cm的 PPP-RTK 定位準確度，且典型的訊號聚合時間分別少於 7 秒 (RTK) 及 40 秒 (PPP-RTK)。

開發資源有助於加速評估與系統整合

除了 ZED-X20P 模組的功能特性有助於簡化系統整合外，更可利用 u-blox 的 EVK-X20P-00 評估套件 (圖 4) 協助您加快模組評估作業。此套件隨附線材及 ANN-MB2-00 天線，更有一張機板，能以 ZED-X20P 模組為基礎實作完整的 GNSS 接收器。

圖 4：EVK-X20P-00 評估套件可簡化 GNSS 原型開發與整合作業，可提供使用簡便的軟硬體平台，加速開發流程。(圖片來源：u-blox)

為了加快應用評估，u-blox 的 u-center 2 GNSS 評估軟體套裝含有 NTRIP 伺服器／轉發器和用戶端工具，因此您可採用 RTCM 式 OSR 的本地基站與移動站配置，或是直接將用戶端接至 PointPerfect Flex 達到 SSR 式 PPP-RTK。

結論

許多新型機器人、汽車、農業、物流與計時應用都需要公分級的定位資料，但基本的 GNSS 與不穩定的 IP 連線已無法可靠地提供。u-blox 結合多種解決方案，包括 ZED‑X20P GNSS 模組、EVK‑X20P 評估套件、u-center 2 軟體，以及 PointPerfect Flex GNSS 校正服務，可快速部署定位和時間敏感型的應用。