手機導航會(huì )突然迷路，無(wú)人機會(huì )無(wú)故偏航，你可能還不知道，這背后的頭號“擾亂者”，是遠在天外的大氣電離層。電離層會(huì )折射衛星定位信號造成干擾，導致定位誤差的出現。

　　在電離層的強干擾下，千尋位置如何應對，保證高精度定位效果？

　　電離層對高精度定位的干擾有多大？

　　你可能還未明顯感知到，電離層干擾，正隨著(zhù)第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的到來(lái)，變得愈加強烈。

　　而在高精度定位相關(guān)領(lǐng)域，比如測量測繪、智能駕駛、無(wú)人機等，最近不免遇到類(lèi)似問(wèn)題：“無(wú)人機怎么無(wú)故就偏航了？”，“為什么RTK終端在部分區域的空曠環(huán)境下，也出現浮動(dòng)無(wú)法固定的情況？”

　　這是因為受到電離層活躍程度加劇的影響，容易出現定位精度不準甚至無(wú)法定位的情況。

　　電離層變化趨勢圖

　　眾所周知，影響GNSS定位的因素包括衛星鐘差、衛星軌道誤差等衛星相關(guān)誤差；多路徑誤差、電離層誤差、對流層誤差等信號傳播路徑相關(guān)誤差；以及衛星信號接收器相關(guān)誤差。

　　其中，影響最嚴重、最難以把握的一大障礙，就是電離層。電離層是在距離地面約60到1000千米范圍內的大氣高層，由那些被太陽(yáng)輻射而電離的粒子組成，它是GNSS（全球導航衛星系統）衛星信號從太空到達地球終端的“必經(jīng)之路”。

　　GNSS衛星信號在穿過(guò)電離層時(shí)，其傳播速度和方向都會(huì )發(fā)生改變，傳播路徑也會(huì )發(fā)生輕微的彎曲，使得衛星信號產(chǎn)生偏移和延遲，從而影響接收終端的定位精度。

　　隨著(zhù)第25個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期的到來(lái)，電離層變得更加難以預測。這場(chǎng)太陽(yáng)活動(dòng)周期以11年為單位，于2019年12月開(kāi)始加劇上升，預計2025年7月達到峰值。

　　太陽(yáng)活動(dòng)周期圖

　　隨著(zhù)電離層活躍加劇，區域內的電離層延遲誤差波動(dòng)的幅度變大，頻率變快，不規則加劇，僅憑傳統的經(jīng)驗判斷或常規的糾偏算法難以有效消除電離層誤差的影響，滿(mǎn)足高精度定位的需求。躺平還是應對？成為擺在全行業(yè)面前的問(wèn)題。

　　應對電離層擾動(dòng)的前提：優(yōu)化算法模型

　　優(yōu)化算法模型，獲得更精準的電離層建模結果，是應對電離層擾動(dòng)的前提。

　　自2016年宣布國家北斗地基增強系統正式投入運行起 ，千尋位置的算法專(zhuān)家們就開(kāi)始了和電離層擾動(dòng)不斷較量的技術(shù)攻堅。

　　在國家北斗地基增強系統“一張網(wǎng)”穩定運行的6年間，千尋位置積累了業(yè)內獨有的、覆蓋不同地理環(huán)境、大氣環(huán)境等在內的多維度時(shí)空數據，為持續研究、精準分析以及機器學(xué)習的能力奠定了基礎。

　　在保障高精度定位高效、安全、精準、穩健的前提下，算法專(zhuān)家們基于長(cháng)周期的數據積累，分析定位誤差產(chǎn)生的規律，構建出算法模型的變量與常量，嘗試包括自適應調優(yōu)、機器學(xué)習等多種方法，不斷進(jìn)行學(xué)習、訓練與調優(yōu)，形成了適配包括電離層在內的多場(chǎng)景的算法模型，保證電離層活躍期間，仍然能夠獲得精準的電離層建模結果。

　　“破題”新思路：云端協(xié)同的技術(shù)方案

　　算法專(zhuān)家們并沒(méi)有就此止步。他們很快發(fā)現，在電離層活躍等級較強的場(chǎng)景，常規的建模技術(shù)存在提升空間小、算力成本高的瓶頸。面對升級的難題，他們另辟蹊徑，在業(yè)內首次實(shí)現了云（服務(wù)端）端（用戶(hù)端）協(xié)同的技術(shù)方案，將電離層活躍期間的固定率提高至95%以上，定位精度穩定在厘米級。

　　千尋位置算法專(zhuān)家陳華博士解釋道：“服務(wù)端與用戶(hù)端在電離層處理能力上各有優(yōu)劣之處。服務(wù)端專(zhuān)注于大氣誤差，可以通過(guò)建模改正大部分的電離層誤差，并能夠利用區域信息對電離層活躍進(jìn)行判斷，但卻無(wú)法解決電離層建模的殘余誤差問(wèn)題。相比之下，用戶(hù)端雖然無(wú)法對電離層活躍情況進(jìn)行判斷，但可以消除電離層活躍期間的服務(wù)端的建模殘余誤差?！?/p>

　　云端協(xié)同的技術(shù)方案創(chuàng )新性地將兩者的優(yōu)劣勢進(jìn)行取長(cháng)補短，通過(guò)從服務(wù)端播發(fā)質(zhì)量因子信息，“告訴”用戶(hù)端當前的電離層活躍程度以及是否需要開(kāi)啟消電離層模式。

　　經(jīng)過(guò)對比測試，在云端協(xié)同下，當消電離層模式開(kāi)啟后，RTK設備的固定率從80%左右提升至95%以上，定位精度從分米級上升至厘米級。在具體的電離層活躍時(shí)段，效果對比更加明顯，RTK設備從基本無(wú)法獲得固定解提升為全程基本保持穩定固定解。

　　采納云端協(xié)同技術(shù)方案的前后效果對比

　　首創(chuàng )電離層查詢(xún)平臺，實(shí)現查詢(xún)與預警

　　對于極端活躍導致無(wú)法作業(yè)的情況，千尋位置推出業(yè)內首個(gè)電離層查詢(xún)平臺，則能夠實(shí)現對電離層活躍狀況的感知、預警與查詢(xún)，為戶(hù)外作業(yè)人員提供作業(yè)指導。

　　電離層查詢(xún)平臺通過(guò)平靜、中等、強、超強四個(gè)等級，呈現用戶(hù)當下所處位置的電離層活躍程度。并基于千尋位置對電離層長(cháng)周期觀(guān)測數據和實(shí)際影響程度，闡釋不同的等級對定位精度的影響。例如，當電離層活躍等級處于強和超強時(shí)，將對定位精度產(chǎn)生較大乃至很大影響。此時(shí)，不建議RTK用戶(hù)進(jìn)行戶(hù)外作業(yè)。

　　千尋位置電離層查詢(xún)平臺

　　千尋位置的算法專(zhuān)家青城博士介紹：“我們希望在全國范圍內構建精細化的電離層電子總含量的實(shí)時(shí)監測系統，如果這個(gè)監測系統未來(lái)可以像日常的天氣實(shí)況播報一樣，將能發(fā)揮更大的應用價(jià)值?！?/p>

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