自從GPS開放大眾使用以來，隨著伽利略、北斗、NavIC和QZSS等其他衛星星系的加入，對汽車、後裝(Aftermarket)車載資通訊系統，以及追蹤解決方案等應用來說，如何提升定位精準度已成為業界的重要課題。
現今，全球導航衛星系統(GNSS)使用者可以選用多種類型的接收器。在選擇解決方案時，設計人員會尋求簡單、且具成本效益的方法來提高其解決方案的定位精準度。但對於後裝車載資通訊系統經理來說，這個選擇特別困難。
後裝車載資通訊系統的困境
在後裝車載資通訊系統中，車隊管理在處理GNSS接收器時會面臨許多困難。特別是對新手而言，如何安裝通常有許多因素不是他們能夠掌控的。在此情況下，安裝選項會因車輛而異，因為每輛車都不同。更複雜的是，不同的車載資通訊系統車隊管理公司的情況也都各不相同。
理想情況下，安裝理應快速、簡單，並且讓終端使用者和任何有惡意的人都無法察覺車載資通訊安裝的位置。然而，若符合這些要求，通常會使系統安裝在無法直接看到天空的位置，而導致訊號衰減並受到多重路徑效應的影響。
尺寸則是另一個需要考慮的問題。一般來說，車載資通訊系統裝置越小越好。然而，由於天線的關係，要達到最佳GNSS導航效能，其結果往往是背道而馳。不同的應用要求會限制天線的選項，而使得設計受限，因而無法達到最佳定位效能。因此，設計權衡取捨就變得十分必要。就像嚴格保密的可口可樂配方一樣，只有一流的車載資通訊系統製造商才擁有實現最佳平衡設計的黃金配方。
由於這些限制，有些車隊管理會採用慣性導航(Dead Reckoning)技術，以便更妥善地處理車輛移動時因條件變化而引起的訊號衰減或障礙。但是，還有其他選項嗎？
雙頻技術改善GNSS/慣性導航問題
透過雙頻技術，設計人員可以改善傳統的GNSS和慣性導航接收器，一次解決兩個問題。
與L1訊號不同，L5訊號提供不同的訊號強度、不同的編碼和特性。因此，要設計出具競爭力的雙頻接收器，其重點在於智慧地運用L1和L5訊號，以及能在不斷改變的條件下計算出最佳位置。
要證實此論點需要大量的證據。因此，廠商如u-blox進行了道路測試來證明(圖1)。
圖1 雙頻車載GNSS實際測試
試駕的目的是展示和驗證在市區駕駛時的實際狀況，其一採用u-blox MAX-M10S L1(M10平台)單頻接收器，另一個採用u-blox NEO-F10N L1/L5(F10平台)雙頻GNSS接收器，來比較可達到的影響和效能的提升。此外，亦希望透過此測試說明以上所討論的設計權衡取捨問題，因此使用了兩個天線進行測試：一個是策略性放置的高品質天線，另一種是一個較靈活和普通的天線，隱藏在儀表板下方，這也是車隊管理經常放置車載資通訊系統裝置的位置。
u-blox在瑞士蘇黎世進行了測試。雖然對GNSS接收器來說，在此城市及其周邊駕駛可能不是最具挑戰性的環境，但仍可被視為能反映效能的「平均現實」。基於此測試條件，車隊可全面了解駕駛環境中通常會發生的情況，包括車輛行駛在開放、半障礙和完全障礙的環境中。
試駕結果
試駕是從高速公路開始。然後，開車穿過郊區，再進入市中心，途中經過橋樑和最高的建築物(圖2)。
圖2 雙頻車載GNSS路測路線圖
從地圖上的路線來看，在開闊的天空下和在市區，地圖記錄到的L1+L5接收器位置並沒有顯著的效能提升。然而，根據統計數據，卻得到不同的結論，顯示出更佳效能和整體的顯著優勢。
接近市區時，由於此環境對GNSS接收器更具挑戰性，因此L1和L1+L5之間都有增加的位置誤差量。但隨著車輛進入市中心，好幾個L1位置便會消失和飄移。與L1+L5解決方案相比，L1的這個誤差現象更顯得嚴重。
若以兩個天線的放置位置和效能來考量，用雙頻技術取代單頻GNSS接收器的效益變得十分顯著。如表一所示，效能提升非常明顯，在某些情況下高達50%。
表1 採用單頻與雙頻接收器實際測試獲得的各項數據表現
分析此表中的訊息，可以歸納出三個重點：
- 雙頻技術(F10)的定位準確度比單頻技術(M10)高了30%~40%。此百分比取決於天線的放置位置。
- 即使在充滿挑戰的條件下，雙頻技術的定位率仍維持在99%。
- 天線的位置會帶來顯著差異。事實上，天線放置在儀表板上會大幅降低定位準確度。
雙頻接收器效能提升
透過定義精確的目標並採用車隊管理的設定，在典型的使用案例情境中展示了L1+L5相對於L1 GNSS接收器在後裝車載資通訊系統方面的優勢。
雙頻接收器在最佳和非最佳安裝中均展現出效能提升，當車輛在市區行駛時，這一點更為顯著。換句話說，雙頻技術簡化了車隊管理必須解決的問題，因為它在任何情況下都可提高定位準確度。根據這些結果，結論如下：
- 當天線在市區有良好或中等效能時，雙頻GNSS接收器可有效提升整體定位準確度。
- 雙頻GNSS接收器的效能優於單頻GNSS接收器，尤其是當天線效能較差時；事實上，大多數應用都是這種情況。
- 對後裝車載資通訊系統來說，雙頻技術是實現公尺以下準確度GNSS產品的下一步。
u-blox已根據外形尺寸、接腳排列和軟體功能簡化了從單頻(M10)到雙頻(F10)產品的轉換過程。就後裝車載資通訊系統來說，雙頻技術將是一個轉捩點，因為它可大幅增強傳統GNSS的效能。
(本文作者為u-blox消費者和工業追蹤產品管理總監)