无人机的GNSS导航系统高精度定位定向模组M20实现应急救援技术原理
应急救援是一项至关重要的任务，尤其在灾害和紧急情况下。无人机的广泛应用为应急救援提供了全新的可能性，而高精度定位与定向技术则使得无人机在救援过程中能够更准确、高效地定位目标、获取信息。本文将详细介绍无人机的GNSS导航系统以及M20定向模组，以及它们在应急救援中的实现原理。
一、无人机的GNSS导航系统
GNSS技术：全球导航卫星系统(GNSS)是一种基于卫星的定位技术，如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗系统等。无人机配备GNSS接收器，能够接收多颗卫星发射的信号，并通过计算信号传播时间来确定自身位置。
高精度定位：GNSS导航系统可实现高精度的定位，当使用差分GPS或RTK技术时，定位精度可以达到厘米级别，使得无人机在复杂环境中也能精确飞行和定位。
二、M20定向模组的原理
惯性导航：M20定向模组集成了惯性导航系统，其中包括陀螺仪和加速度计等传感器。这些传感器可以测量无人机的姿态和运动状态，如旋转角度和加速度变化。
数据融合：M20定向模组将GNSS定位数据和惯性导航数据进行数据融合。通过融合不同传感器的数据，模组能够提供更准确的飞行姿态、位置和速度信息。
三、应急救援中的应用原理
目标定位：在应急救援任务中，无人机携带GNSS导航系统和M20定向模组。首先，GNSS技术能够定位事故现场、灾区、受灾地点等目标位置。
高精度飞行：通过高精度定位信息，无人机可以在复杂环境下进行精确的飞行，包括低空飞行和高楼间的穿越，避免碰撞和干扰。
目标跟踪：借助M20定向模组的惯性导航功能，无人机能够实时跟踪目标的运动状态，确保目标不会被失去。
信息收集：无人机通过搭载摄像头、红外传感器等设备，可以获取现场的图像、视频和其他信息，为救援指挥部提供实时数据支持。
应急救援协调：整合GNSS导航系统和M20定向模组的数据，无人机能够向救援指挥部提供精确的目标位置、飞行状态和环境信息，从而协助指挥决策。
高精度定位定向模组是一种集成了高精度定位和定向功能的模块。它采用了先进的定位技术，如全球导航卫星系统(GNSS)、惯性导航系统(INS)、地磁传感器等，能够实现准确的位置定位和姿态定向。这种模组通常具有小巧轻便的设计，适用于各种应用场景，如移动设备、智能车辆、机器人、航空航天等。
高精度定位定向模组M20的主要特点包括：
高精度定位：通过接收多个卫星系统(如GPS、GLONASS、Galileo等)的信号，采用差分定位和多路径抑制等技术，实现高精度的位置定位，通常精度可以达到厘米级或亚米级。
定向功能：除了定位功能，该模组还集成了姿态传感器(如加速度计、陀螺仪、磁力计等)，能够实时测量和反馈设备的姿态信息，包括方向、倾角、旋转等。
实时性和稳定性：高精度定位定向模组具有快速的数据采集和处理能力，能够实时输出位置和姿态数据，并且在动态和复杂环境下表现稳定可靠。
低功耗：为了适应移动设备等低功耗场景，该模组通常采用节能设计，以延长设备的使用时间。
接口丰富：该模组通常具备多种接口，如UART、SPI、I2C等，方便与其他设备进行通信和数据交换。
深圳晶立弘泰的M20模组基于北云科技新一代22nm制程高性能车规级GNSS SOC芯片Alice,54pin LGA封装，内置高精度测量引擎、导航引擎以及功能安全处理器,符合ASIL B功能安全等级”，支持高性能RTK解算、抗干扰、抗欺骗*与L-BAND PPP*及CLAS*等功能，能够有效地应对卫星信号干扰、遮挡等苛刻环境,提供连续、实时、可信的高精度位置信息，具有高集成度、高性能、低功耗、小尺寸等特点，可应用于自动驾驶、高级驾驶辅助、车道级导航、无人机、智能机器人精准农业、测量测绘等领域。
M20高精度定位模组特点
》22nm制程GNSS SOC芯片Alice
》全系统全频点GNSS(1507个通道)
》L-BAND星基增强
》支持NRTK/PPP/PPP-RTK/CLAS
》抗干扰抗欺骗
》AEC-Q104
》150 26262 ASIL B*
》具备丰富的外设接口
M20高精度定位模组技术优势
1.支持全系统全频点GNSS信号接收及解算
采用bynav REAL(RansacEnhanced Advanced Location)GNSS定位引擎,内置完好性监测和部分模糊度解算算法，提高了城市环境中多径、干扰条件下的容错率和固定成功率，定位解算结果更加稳健。
2.高性能抗干扰GNSS测量与定位引擎
针对预期功能安全与网络安全的需求,内置SAIF (Smart Advancedinterference deFense)高性能复合干扰抑制技术,性能卓越(干信比65dBc)，支持扫频、单频、多音、窄带、脉冲等多种干扰样式的抗干扰处理，对常见干扰信号如车载防跟踪设备、雷达/机场信号塔等，进行高量化位数的信号预处理与千扰抑制，大幅提升车载场景下高精度定位的可用性与完好性。
3.支持L-BAND CLAS星基增强，支持NRTK/PPP/PPP-RTK
支持L-Band星基PPP定位功能,在常规差分服务或移动通信服务无法覆盖的环境中也可提供高精度定位。支持北斗三号B2b PPP解算、QZSS CLAS PPP-RTK解算及主流PPP-RTK差分服务。充分利用北斗四频信号与伽利略四频信号，大幅提升PPP收敛速度，提升高精度定位可用性。
4.支持ASIL B功能安全等级
基于IS026262 ASIL B功能安全设计,内置功能安全GNSS芯片(bynav Alice芯片,基于功能安全要求进行了全新的架构设计)及功能安全算法。可为智能汽车、自动驾驶等提供具备系统级功能安全的高精度PVT。
规格指标
系统
全系统：GPS、BDS、GLO、GAL、QZSS、IRNSS
通道数
1507 通道( 含750FuSa 通道)
信号跟踪
| L-Band* | |
| CLAS* | |
| BDS | B1I、B2I、B3I、B1C、B2a、B2b(PPP) |
| GPS | L1CA、L1C、L2C、L5 |
| GLO | G1，G2 |
| GAL | E1、E5a、E5b、E6 |
| QZSS | L1CA、L1C、L2C、L5、L6(PPP) |
| NavIC（IRNSS） | L5 |
| SBAS* | L1CA、L1C |
抗干扰 *
抗单频、多音、窄带、扫频、脉冲干扰;干信比：65 dBc
| 观测精度（RMS） | BDS | GPS | GLONASS | Galileo |
| B1I/B1C/L1C/L1 CA/E1/G1 伪距 | 10cm | 10cm | 10cm | 10cm |
| B1I/B1C/L1C/L1 CA/E1/G1 载波相位 | 1mm | 1mm | 1mm | 1mm |
| B2I/B2a/B2b/L5/E5a/E5b 伪距 | 10cm | 10cm | 10cm | 10cm |
| B2I/B2a/B2b/L5/E5a/E5b 载波相位 | 1mm | 1mm | 1mm | 1mm |
| B3I/L2C/G2 伪距 | 10cm | 10cm | 10cm | 10cm |
| B3I/L2C/G2 载波相位 | 1mm | 1mm | 1mm | 1mm |
水平定位精度(RMS)
| 单点 | 1.5m |
| RTK | 0.8 cm + 1 ppm |
高程定位精度(RMS)
| 单点 | 2.5m |
| RTK | 1.5 cm + 1 ppm |
最大数据速率
| GNSS 观测量 | 50 Hz7 |
| GNSS 定位频度 | 20Hz |
首次定位时间
| 冷启动² | ≤30s |
| 热启动³ | ≤5s |
| RTK初始化时间¹ | ≤5s |
| 失锁重捕时间 | ≤1s |
| 授时精度 4 | 20 ns RMS |
| 速度精度 | 0.03m/s |
| RTK 解算延迟 | ≤ 50 ms |
| UART | ×4 |
| SPI* CANF | x1 |
| CANFD | x2 |
| Wheel tick | x1 |
| FWD Direction | x1 |
| ANT_DETECT | ×1 |
| GEOFENCE | ×1 |
| RTK_IND | ×1 |
| PPS WAK | ×1 |
| WAKE_UP | ×1 |
| FuSa* | ×2 |
| EVENT_IO | ×5 |
| 型号 | M20 |
| 尺寸(mm) | 17.0×22.0×2.75 |
| 重量 | 2g |
| 功耗(mW)5 | 500 |
| 工作温度 | -40°C~+85°C（车规版本-40℃~105℃*） |
| 存储问答 | -55°C~+95°C（车规版本-55℃~105℃*） |
| 湿度 | 95% 非凝露 |
| 符合IATF 16949 流程* | |
| 通过ISO 26262 ASIL B 功能安全产品认证* | |
| 通过RoHS 认证 | |
| 通过AEC-Q104 认证* | |
| 型号尾标 | M20K | M20S | M20F |
| 双频 / 全频 | 双频 | 双频 | 全频 |
| 原始观测量输出 | ⚫ | ⚫ | ⚫ |
| 抗干扰 | * | * | * |
| 抗欺骗 | * | * | * |
| RTK 解算 | —— | ⚫ | ⚫ |
| 功能安全 | * | * | * |
| 车规 | * | * | * |
| 内置差分服务 | —— | * | * |
| RTC | * | * | * |
| L-Band | * | * | * |
| CLAS | * | * | * |
• L Band
• CLAS 功能
• 抗干扰功能
• 抗欺骗功能
• 功能安全
• 车规
• 内置差分服务
• RTC 上述功能均为选配
备注：
1.典型值。性能规格受制于 GNSS 系统特性， 卫星几何分布，基线长度，多径效应和干 扰;
2. 典型值。无历书或星历，没有概略位置或 时间;
3. 典型值。保存历书和最近星历且已知大 概位置和时间;
4. 授时功能可选，精度不包括由于 RF 或天 线带来的零值;
5. 典型值。不含天线馈电与外接设备功耗;
6. 接里程计，使用车载模型;
7. 使用高速通信接口。 * 选配