PPP ( Engelska Precise Point Positioning - bokstavligen "high-precision positioning") - en metod för att erhålla högprecisionskoordinater (i plan och höjd) av centimeterprecisionsterräng med hjälp av globala satellitnavigeringssystem (GNSS) genom att erhålla korrigeringar av omloppsbanan. och inbyggda klockor för alla synliga NCA från en nätverkskälla för korrigeringar.
I den ryskspråkiga litteraturen finns det som högprecisionsläge eller högprecisionsläge i absolut läge [1] .
PPP är en av DGPS- metoderna och utvecklades av NovAtel (Kanada) 2005 som en alternativ metod för att korrigera koordinater i WGS-84-systemet. Metoden kräver inte att den direkta exekutorn har en basstation (referensmottagare) och/eller en signal från satelliter i differentiella korrigeringssystem. [2] [3] .
Funktionsprincipen är baserad på fasskillnaden för bärvågsfrekvenserna L1 och L2 och EVI (Ephemeris Time Information ) så PPP förlitar sig på två vanliga informationskällor: direkta observationer av EVI [4] [5] .
PPP-metoden skiljer sig från den relativa metoden för satellitbestämningar genom att korrigeringarna görs till parametrarna för banorna och klockorna, och inte till mätningarna av faserna för radiobärarsignalerna för GNSS-satelliterna. Det liknar den absoluta definitionsmetoden [6] .
Fasdata är data som mottagaren tar emot på egen hand. En direkt observation för mottagaren är "bärvågsfas", dvs inte bara synkroniseringsmeddelandet som är kodat i GNSS-signalen, utan även om vågformen för den signalen är "upp" eller "ner" vid ett givet ögonblick. Faserna kan ses som siffrorna efter decimalpunkten i antalet vågor mellan en given GNSS-satellit och mottagaren. Fasmätning i sig kan inte ens ge en ungefärlig position, men när andra metoder har minskat positionsuppskattningen till en diameter som motsvarar en enda våglängd (cirka 20 cm) kan fasinformationen förfina uppskattningen.
En annan viktig direkt observation är "differentialfördröjningen" mellan GNSS-signaler med olika L1- och L2-frekvenser. Eftersom den huvudsakliga felkällan vid bestämning av satellitens position är det jonosfäriska felet. Signaler med olika frekvenser saktar ner i jonosfären olika mycket. Genom att mäta skillnaden i fördröjningar mellan signaler med olika frekvenser kan mottagarens programvara (eller senare efterbehandling) simulera och ta bort fördröjningen (korrekt) vid vilken frekvens som helst.
EVI (ephemeris-temporal information) - information som innehåller korrigeringar av efemeriet och tiden för den inbyggda klockan för navigationssatelliter, beräknas från resultaten av satellitobservationer utförda av markbaserade permanenta GNSS-signalmottagningsstationer med exakt kända koordinater [5] .
Ephemeris information är de exakta koordinaterna för satelliter i omloppsbana. Observationer (övervakning av satellitkonstellationer) utförda av IGS och andra offentliga och privata organisationer med globala nätverk av markstationer. Satellitnavigering fungerar utifrån principen att satelliternas positioner är kända när som helst, men i praktiken är det inte fallet: mikrometeoriter, förändringar i solstrålningstrycket osv. påverka flygvägen. Följaktligen är banorna inte helt förutsägbara. Efemerin som sänds av satelliter är i huvudsak tidiga förutsägelser. Faktiska observationer av var satelliterna befann sig kan fluktuera med flera meter under flera timmar. Således är det möjligt att beräkna felet för den faktiska och förväntade platsen för satelliten och införa en korrigering för samma värde.
Tillfällig information - innehåller data om satellitklockans fördröjning.
På ett förenklat sätt är EVI och dess efterföljande användning en resektionslösning, men med en bättre noggrannhet av koordinaterna för startpunkterna (i det här fallet, efemeriet) och en reducerad tidsskala (som tillåter mer exakt beräkning av pseudoavstånd) [ 7] .
Information om EVI i form av separata filer bildas i internationella servicecenter för bearbetning av GNSS-observationsdata och tillhandahålls användare från olika länder genom specialiserade internetresurser (SOPAC - Scripps Orbit och Permanent Array Center och IGS ). Filen innehåller de exakta värdena för efemeri och satellitklockkorrigeringar, information om fördröjningen av satellitsignalen i jonosfären och troposfären, etc. [2] . Varaktigheten av satellitobservationer vid punkten måste vara minst en halvtimme, annars är efterbearbetning av rådata och korrigeringsfilen inte möjlig.
Filer med efemerier och korrigeringar av klockorna för navigationssatelliter som samlats in från mer än 400 stationer och tillhandahålls via en nätverkstjänst kan se ut så här:
— Expected (Predicted), enligt vilket det är möjligt att bearbeta resultaten av mätningar med PPP-metoden i realtid;
- Snabb (snabb), tillgänglig efter en period på flera timmar till två dagar (efterbearbetning av mätresultat);
— Final (Final), tillgänglig om 2-3 veckor (efterbearbetning av mätresultat). [3] .
För att bestämma platskoordinaterna med PPP-metoden räcker det att ha data från flera stationer globalt placerade på ett inbördes avstånd av 1000-2000 km [6] .
PPP-metoden förväxlas ofta med relativa (kvasi-differentiella) metoder för rymdgeodesi (statik, kinematik, stop & go och speciellt RTK) på grund av att sammansättningen av den initiala informationen är densamma som i relativa metoder: efemeris och tidsskala ombord. Till skillnad från PPP involverar RTK inte efterbearbetning och kräver inte kunskap om de exakta korrigeringarna av satellitbanor och klockor ombord, den använder fasmätningar i realtid. I PPP-metoden är all korrigeringsinformation i efterhand, det vill säga den erhålls som ett resultat av observation av satellitkonstellationen av en eller ett nätverk av referens-GNSS-mottagare med kända koordinater och implementerad av precisionspositioneringstjänsten.
Dessutom skiljer sig PPP-metoden avsevärt från systemen av SBAS-typ , både i täckning, täckt område och i metoden för att överföra korrigeringar. I SBAS-typmetoden differentieras fel med hjälp av en eller flera markbasstationer med exakt kända positioner (geografiska koordinater i det globala systemet WGS84, PZ-90, etc.) och sänds (återutsänds) via kommunikationssatelliter, i motsats till PPP, i vilken information om ändringarna lokaliseras på servern och sänds via en markbunden kommunikationskanal (FOCL- eller GSM-linjer). PPP-metoden, liksom systemen av SWAS-typ, ger inte den regionala täckningen av platta koordinatsystem (MSC-SRF).
Huvudskillnaden mellan PPP och realtidskinematik (RTK) är att PPP inte kräver tillgång till observationsdata från en eller flera tätt placerade basstationer, och att PPP implementerar pseudo-absolut positionering istället för relativ bestämning från en referensstation i RTK . Vad som skiljer PPP-metoden från exklusiva (lokala) RTK-lösningar, där en annan (referens)mottagare fungerar som källa för korrigeringar, radiomodemet är kommunikationskanalen och koordinatsystemen är vanligtvis platta regionala och/eller villkorade, begränsade av radiomodemets effekt inom en radie av 2-3 km.
Orsaken till förvirringen är vanligtvis likheten mellan metoderna för att överföra korrigeringar i nya positioneringsmetoder baserade på realtidskinematikmetoden (RTK) , där källan till korrigeringar är en lokalt tillgänglig nättjänst, kommunikationskanalen (korrektionsöverföring). ) är samma nätverk av GSM-formatet (mobilt Internet via SIM).karta), samt närvaron av basreferensstationer belägna ganska tätt (var 50:e km). Detta beror på täckningen av den totala konstellationen av satelliter med en radie på 20-30 km. För PPP-metoden är tätheten av basstationer mycket mindre och uppgår till 12 stationer för hela Rysslands territorium. Det metodiska utbudet av att ta emot korrigeringar av PPP-metoden är praktiskt taget obegränsat. Metodens effektivitet vid användning av en enfrekvensmottagare är mycket (i en storleksordning) lägre, men i syfte att minska kostnaden för den slutliga utrustningen övervägs den för praktisk tillämpning. Eliminering av troposfäriska fel utförs enligt modellen, jonosfäriska fel på grund av tvåfrekvensmottagning [8] .
| sätt | PPP | SBAS | RTK | Network RTK (RTK Networks) | PPP i realtid |
|---|---|---|---|---|---|
| Rapportering | Global | Global | Lokal (2 km från basstationen) | Regional (20-30 km från basstationen) | Global |
| Metod för att överföra ändringar | Rättelsefil genererad | radiosignal | radiosignal | GSM | GSM/radiosignal |
| Källa till ändringar | Global server | Kommunikationssatellit | referensmottagare med radiomodem | Lokal server | Global Server/Kommunikationssatellit |
| koordinatsystem | endast WGS84 (geografisk gr. min. sek) | PZ-90, WGS84, etc. (geografisk gr. min. sek) | villkorlig (rektangulär metrisk) | MSK-RF (rektangulär metrisk) | endast WGS84 (geografisk gr. min. sek) |
| insamling av information | referensmottagarenätverk | GNSS marksegment | referensmottagare (1 basstation) | nätverk av basreferensstationer | referensmottagarenätverk |
| Operatör | Privat företag | Stat (representerad av försvarsministeriet) | Privatperson | Privat företag | Privat företag |
| Information | EVI | EVI | fas | fas | EVI |
Modellering: Den troposfäriska fördröjningen korrigeras med hjälp av UNB-modellen utvecklad av University of New Brunswick. Mycket av den troposfäriska fördröjningen är dock mycket varierande och kan inte modelleras med tillräcklig noggrannhet. Simulering används också i PPP-mottagaren för att korrigera rippeleffekter [9] .
Det är för närvarande känt att implementera PPP-metoden utan heltalstvetydighetsupplösning av pseudofasmätningar (Float PPP), med heltalsambiguitetsupplösning för pseudofasmätningar (PPP-AR eller Interger PPP), med hjälp av ytterligare atmosfäriska korrigeringar inom det lokala området ( PPP-RTK) och läge i realtid med förfinad efemeri och klockoffsetmodell (RT-PPP) [6] .
PPP (Float PPP) — En standardmetod för absolut positionering med hög precision. Positioneringsnoggrannhet på 1-3 cm är tillgänglig efter 6-12 timmars observation och efterföljande bearbetning av mätningar. Samtidigt är den slutliga EVI från International GNSS Service (IGS), som ger den specificerade noggrannheten, tillgänglig endast 2 veckor efter mätningarna. Denna väntetid är oacceptabel för ett antal praktiska tillämpningar [1] .
PPP-AR (Integer PPP) eller High Precision Absolute Positioning Method med heltalsambiguitetsupplösning för pseudo-fasmätningar [10] . I huvudsak är det en kombination av PPP- och PPK- metoder . Noggrannheten för mätningar med ett GNSS-system är 7-10 mm i det planerade läget och 33 mm i det vertikala läget för PPP och 5-6 mm i det horisontella läget och 28 mm i det vertikala läget för PPP-AR. [11] . Den angivna noggrannheten är endast tillgänglig 2 veckor efter mätningen. Samtidigt varierar den noggrannhet som uppnås med PPK- metoden från 0,01 m +/-0,5 ppm mm i planvy till 0,02 m +/-1,0 ppm på höjden med en maximal täckningsradie på PPK , 25 -30 km från basen [12] .
PPP-RTK — Absolut positioneringsmetod med hög noggrannhet med heltals tvetydighetsupplösning av pseudo-fasmätningar och användning av atmosfäriska korrigeringar inom det lokala området [10] RTK och PPP kompletterar varandra - temporär information. Det implementeras genom en ström av ändringar i formatet RTCM-SSR (State Space Representation). Situationen är exakt densamma som i PPP-AR (Integer PPP)-metoden. Den horisontella förbättringen av PPP-RTK jämfört med en PPP-lösning är 6 % till 27 % horisontellt och 2 % till 8 % vertikalt. Forskare och tjänsteleverantörer kombinerar PPP och RTK i ett försök att dra fördel av båda teknologierna. Konceptet med PPP-RTK är att komplettera en teknik med en annan. Att särskilja atmosfäriska korrigeringar och korrigeringar av satellitklockor och efemerier från RTK-nätverket. Detta nätverk är mest exakt nära varje basstation (där data genereras), och när rovern flyttar iväg försämras kvaliteten på korrigeringarna, vilket resulterar i längre tider och sämre korrigeringar. Så snart rovern lämnar RTK-området aktiveras PPP. Tillsammans med noggranna satellitklockor, banor och fasförskjutningar introduceras jonosfäriska och troposfäriska fördröjningskorrigeringar, vilket gör att de kan utföra heltalsdisambiguation och nå noggrannhet på centimeternivå på betydligt kortare tid. PPP-RTK använder en redan etablerad infrastruktur (RTK-Networks). Konvergenstider är vanligtvis 1-10 minuter, men kan under ideala förhållanden uppnås på några sekunder. [13] [14] [15] .
RT-PPP (Real Time PPP) - metoden använder EVI-strömmar för att i realtid tillämpa samma typ av korrigering som vid efterbearbetning. För att arbeta i realtids-PPP-läge krävs en källa med korrigerande information i ett speciellt format. Källan kan vara betaltjänster (RTX, TerraStar, etc.) och/eller publicerade projekt: APPS, NASA och JPL [7] PPP utökar rovertäckningen till ett avstånd på 1000-2000 km från de närmaste korrigeringsstationerna och upprätthåller en noggrannhet på 4 - 40 cm (40 cm vid initialisering <5 minuter, då ökar noggrannheten bara och blir mindre än 10 cm inom 20 - 40 minuter [6] . När det gäller TerraStar-tjänsten överförs de genererade korrigeringarna till slutanvändare med hjälp av Inmarsat telekommunikationssatelliter [ 16] .
Det bör noteras att en PPP-standard i realtid ännu inte har definierats, men standardiseringsansträngningar görs av Radio Technical Commission for Maritime Services (RTCM) Special Committee 104. [17]
Parallellt med PPP-metoden utvecklades Post Processing Kinematic-metoden.
Tjänsten för tillhandahållande (CI) av korrigerande information består som regel av ett nätverk av spridda markobservationsstationer som kontinuerligt övervakar och tar emot GNSS-satellitsignaler, datorcentraler för bearbetning av satellitinformation och kommunikationskanaler för CI till konsumenter. Baserat på PPP-metoden har många vetenskapliga och kommersiella tjänster redan skapats i världen, såsom MADOCA, Magic GNSS, CNES PPP-Wizard Project, VERIPOS Apex, NavCom Star Fire, Trimble RTX, implementerade av utländska företag FUGRO, NavCom, Trimble, TerraStar, Leica, NovAtel och rymdorganisationerna JAXA (Japan). Korrigerande information förs till konsumenten med hjälp av kommunikationssatelliter, vanligtvis geostationära, som sänder information i L-bandet (1525-1560 MHz) och via Internet. Den totala EVI-ankomstfördröjningen är 15-20 sekunder, noggrannheten för efemeris är på nivån för rot-medelkvadratfel på 5-7 cm, klockkorrigeringar - 5 ns [6] .
Övervakning och bestämning (omdefiniering) av koordinater för basstationer för mark- och rymdsegment [18] .
Fixering av geologiska och geofysiska arbeten i svåråtkomliga områden [3] .
Införande av korrigeringar för kvasi-differentiella mätningar.
PPP-tjänster används också vid undersökningar till havs, för övervakning av plattformar till havs under gruvdrift, för att köra traktorer och skördetröskor inom jordbruket [6] .
Exakt positionering används alltmer inom områden som robotik, autonom navigering, jordbruk, konstruktion och gruvdrift.
I framtiden kan den användas när du anger platsen i de globala sök- och informationskartografiska tjänsterna som Yandex.Maps och andra. Och även i bilnavigatorer (som kommer att undvika positionering "på andra sidan gatan").
De nuvarande institutionella PPP/PPP-RTK-tjänsteleverantörerna är Japan (QZSS) regionalt, Kina (BDS) regionalt, EU (Galileo) globalt, Australien/Nya Zeeland (SouthPAN) regionalt och Ryssland (GLONASS) globalt. PPP-tjänster från SouthPAN och GLONASS är under utveckling.
De största nackdelarna med PPP, jämfört med traditionella GNSS-metoder, är att det kräver mer datorkraft, kräver en extern efemerisk korrigeringsström och tar lite tid att nå full noggrannhet. Detta gör det relativt oattraktivt för applikationer för spårning av flottor och flyg, där subcentimeters noggrannhet inte efterfrågas, och i händelse av en nödsituation räknas sekunderna. För alla DGPS-metoder är regeln att ju större avstånd från basstationen, desto större fel. [7] .
| Navigationssystem _ | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satellit |
| ||||||
| Jord | |||||||
| Differentiella korrigeringssystem | |||||||