PPP ( engelsk Precise Point Positioning - bogstaveligt talt "high-precision positioning") - en metode til at opnå højpræcisionskoordinater (i plan og højde) af centimeterpræcisionsterræn ved hjælp af globale navigationssatellitsystemer (GNSS) ved at opnå korrektioner til kredsløbsephemeris og indbyggede ure for alle synlige NCA fra en netværkskilde med rettelser.
I den russisksprogede litteratur findes det som Højpræcisionsplacering eller Højpræcisionsplacering i absolut tilstand [1] .
PPP er en af DGPS -metoderne og blev udviklet af NovAtel (Canada) i 2005 som en alternativ metode til korrektion af koordinater i WGS-84-systemet. Metoden kræver ikke, at den direkte udfører har en basestation (referencemodtager) og/eller et signal fra satellitter i differentialkorrektionssystemer. [2] [3] .
Funktionsprincippet er baseret på faseforskellen mellem bærefrekvenserne L1 og L2 og EVI (Ephemeris Time Information ) og derfor er PPP afhængig af to almindelige informationskilder: direkte observationer af EVI [4] [5] .
PPP-metoden adskiller sig fra den relative metode til satellitbestemmelser ved, at korrektionerne foretages til parametrene for kredsløb og ure, og ikke til målingerne af faserne af radiobæresignalerne fra GNSS-satellitterne. Det ligner den absolutte definitionsmetode [6] .
Fasedata er data, som modtageren modtager på egen hånd. En direkte observation for modtageren er "bærebølgefase", dvs. ikke kun synkroniseringsmeddelelsen indkodet i GNSS-signalet, men også om bølgeformen af dette signal er "op" eller "ned" på et givet tidspunkt. Faserne kan opfattes som tallene efter decimaltegnet i antallet af bølger mellem en given GNSS-satellit og modtageren. I sig selv kan fasemåling ikke engang give en omtrentlig position, men når først andre metoder har indsnævret positionsestimatet til en diameter svarende til en enkelt bølgelængde (ca. 20 cm), kan faseinformation forfine estimatet.
En anden vigtig direkte observation er "differentiel forsinkelse" mellem GNSS-signaler med forskellige L1- og L2-frekvenser. Da den vigtigste fejlkilde ved bestemmelse af satellittens position er den ionosfæriske fejl. Signaler med forskellige frekvenser bremser i ionosfæren i forskellig mængde. Ved at måle forskellen i forsinkelser mellem signaler med forskellige frekvenser, kan modtagersoftwaren (eller senere efterbehandling) simulere og fjerne forsinkelsen (korrekt) ved enhver frekvens.
EVI (ephemeris-temporal information) - information, der indeholder korrektioner til ephemeris og klokkeslættet for navigationssatelliternes indbyggede ur, beregnes ud fra resultaterne af satellitobservationer udført af jordbaserede permanente GNSS-signalmodtagerstationer med præcist kendte koordinater [5] .
Ephemeris information er de nøjagtige koordinater for satellitter i kredsløb. Observationer (overvågning af satellitkonstellation) udført af IGS og andre offentlige og private organisationer med globale netværk af jordstationer. Satellitnavigation fungerer ud fra princippet om, at satellitternes positioner kendes til enhver tid, men i praksis er det ikke tilfældet: mikrometeoritter, ændringer i solstrålingstryk mv. påvirke flyvevejen. Derfor er banerne ikke fuldstændig forudsigelige. Efemerien, der udsendes af satellitter, er i det væsentlige tidlige forudsigelser. Faktiske observationer af, hvor satellitterne var placeret, kan svinge med flere meter over flere timer. Det er således muligt at beregne fejlen for den faktiske og forventede placering af satellitten og indføre en korrektion for den samme værdi.
Midlertidig information - indeholder data om satellit-urforsinkelsen.
På en forenklet måde er EVI og dens efterfølgende anvendelse en resektionsløsning, men med en bedre nøjagtighed af koordinaterne for startpunkterne (i dette tilfælde efemerien) og en reduceret tidsskala (som tillader mere nøjagtig beregning af pseudoafstande) [ 7] .
Information om EVI i form af separate filer dannes i internationale servicecentre til behandling af GNSS-observationsdata og leveres til brugere fra forskellige lande gennem specialiserede internetressourcer (SOPAC - Scripps Orbit og Permanent Array Center og IGS ). Filen indeholder de nøjagtige værdier af efemeri og satellit-urkorrektioner, information om forsinkelsen af satellitsignalet i ionosfæren og troposfæren osv. [2] . Varigheden af satellitobservationer på punktet skal være mindst en halv time, ellers er efterbehandling af rådata og korrektionsfilen ikke mulig.
Filer med efemerier og rettelser til urene fra navigationssatellitter indsamlet fra mere end 400 stationer og leveret via en netværkstjeneste kan se sådan ud:
— Forventet (forudsagt), hvorefter det er muligt at behandle resultaterne af målinger ved PPP-metoden i realtid;
- Hurtig (hurtig), tilgængelig efter en periode på flere timer til to dage (efterbehandling af måleresultater);
— Endelig (Final), tilgængelig om 2-3 uger (efterbehandling af måleresultater). [3] .
For at bestemme lokationskoordinaterne ved hjælp af PPP-metoden er det tilstrækkeligt at have data fra flere stationer placeret globalt, i en indbyrdes afstand på 1000-2000 km [6] .
PPP-metoden forveksles ofte med relative (kvasi-differentielle) metoder til rumgeodæsi (statik, kinematik, stop & go og især RTK) på grund af det faktum, at sammensætningen af den indledende information er den samme som i relative metoder: efemeris og tidsskala ombord. I modsætning til PPP involverer RTK ikke efterbehandling og kræver ikke viden om de nøjagtige korrektioner af satellitbaner og indbyggede ure, den bruger fasemålinger i realtid. I PPP-metoden er al korrektionsinformation a posteriori, det vil sige, at den opnås som et resultat af observation af satellitkonstellationen af en eller et netværk af reference GNSS-modtagere med kendte koordinater og implementeret af præcisionspositioneringstjenesten.
PPP-metoden adskiller sig også væsentligt fra systemerne af SBAS-typen , både i dækning, dækket område og i metoden til at transmittere korrektioner. I SBAS-metoden differentieres fejl ved hjælp af en eller flere jordbasestationer med nøjagtigt kendte positioner (geografiske koordinater i det globale system WGS84, PZ-90 osv.) og transmitteres (genudsendes) via kommunikationssatellitter, i modsætning til PPP, i, hvor information om ændringerne lokaliseres på serveren og transmitteres via en jordbaseret kommunikationskanal (FOCL- eller GSM-linjer). PPP-metoden, ligesom systemerne af SWAS-typen, giver ikke mulighed for regional dækning af flade koordinatsystemer (MSC-SRF).
Hovedforskellen mellem PPP og realtidskinematik (RTK) er, at PPP ikke kræver adgang til observationsdata fra en eller flere tætsiddende basestationer, og at PPP implementerer pseudo-absolut positionering i stedet for relativ bestemmelse fra en referencestation i RTK . Hvad adskiller PPP-metoden fra eksklusive (lokale) RTK-løsninger, hvor en anden (reference)modtager tjener som kilde til rettelser, radiomodemet er kommunikationskanalen, og koordinatsystemerne er normalt flade regionale og/eller betingede, begrænset af radiomodemmets effekt inden for en radius på 2-3 km.
Årsagen til forvirringen er sædvanligvis ligheden mellem metoderne til at transmittere korrektioner i nye positioneringsmetoder baseret på real-time kinematics (RTK) metoden, hvor kilden til rettelser er en lokalt tilgængelig netværkstjeneste, kommunikationskanalen (korrektionstransmission). ) er de samme netværk af GSM-formatet (mobilinternet via SIM).kort), samt tilstedeværelsen af basereferencestationer placeret ganske tæt (hver 50 km). Dette skyldes dækningen af den samlede konstellation af satellitter med en radius på 20-30 km. For PPP-metoden er tætheden af basestationer meget mindre og beløber sig til 12 stationer for hele Ruslands territorium. Det metodiske udvalg af modtagelseskorrektioner af PPP-metoden er praktisk talt ubegrænset. Metodens effektivitet ved brug af en enkeltfrekvensmodtager er meget (i en størrelsesorden) lavere, men af hensyn til at reducere omkostningerne ved det endelige udstyr overvejes den til praktisk anvendelse. Eliminering af troposfæriske fejl udføres i henhold til modellen, ionosfæriske fejl på grund af to-frekvensmodtagelse [8] .
| vej | OPP | SBAS | RTK | Network RTK (RTK Networks) | PPP i realtid |
|---|---|---|---|---|---|
| Dækning | Global | Global | Lokal (2 km fra basestation) | Regional (20-30 km fra basestation) | Global |
| Metode til fremsendelse af ændringer | Rettelsesfil genereret | radiosignal | radiosignal | GSM | GSM/radiosignal |
| Kilde til ændringer | Global server | Kommunikationssatellit | referencemodtager med radiomodem | Lokal server | Global Server/Kommunikationssatellit |
| koordinatsystem | kun WGS84 (geografisk gr. min. sek.) | PZ-90, WGS84 osv. (geografisk gr. min. sek.) | betinget (rektangulær metrisk) | MSK-RF (rektangulær metrisk) | kun WGS84 (geografisk gr. min. sek.) |
| indsamling af information | reference modtager netværk | GNSS jordsegment | referencemodtager (1 basestation) | netværk af basereferencestationer | reference modtager netværk |
| Operatør | Privat virksomhed | Stat (repræsenteret af Forsvarsministeriet) | Privat person | Privat virksomhed | Privat virksomhed |
| Information | EVI | EVI | fase | fase | EVI |
Modellering: Den troposfæriske forsinkelse korrigeres ved hjælp af UNB-modellen udviklet af University of New Brunswick. Imidlertid er meget af den troposfæriske forsinkelse meget variabel og kan ikke modelleres med tilstrækkelig nøjagtighed. Simulering bruges også i PPP-modtageren til at korrigere ripple-effekter [9] .
Det er i øjeblikket kendt at implementere PPP-metoden uden heltals-ambiguity-opløsning af pseudo-fase-målinger (Float PPP), med heltal-ambiguity-opløsning af pseudo-fase-målinger (PPP-AR eller Interger PPP), ved hjælp af yderligere atmosfæriske korrektioner inden for det lokale område ( PPP-RTK) og tilstand i realtid med raffineret efemeri og clock offset-model (RT-PPP) [6] .
PPP (Float PPP) — En standardmetode til absolut positionering med høj præcision. Positioneringsnøjagtighed på 1-3 cm er tilgængelig efter 6-12 timers observation og efterfølgende bearbejdning af målinger. Samtidig er den endelige EVI fra International GNSS Service (IGS), som giver den specificerede nøjagtighed, kun tilgængelig 2 uger efter målingerne. Denne ventetid er uacceptabel for en række praktiske anvendelser [1] .
PPP-AR (Integer PPP) eller High Accuracy Absolute Positioning Method med heltals-ambiguity-opløsning til pseudo-fasemålinger [10] . I det væsentlige er det en kombination af PPP- og PPK- metoder . Nøjagtigheden af målinger med et GNSS-system er 7-10 mm i den planlagte position og 33 mm i lodret position for PPP og 5-6 mm i vandret position og 28 mm i lodret position for PPP-AR. [11] . Den angivne nøjagtighed er kun tilgængelig 2 uger efter målingen. Samtidig varierer den opnåede nøjagtighed ved PPK- metoden fra 0,01 m +/-0,5 ppm mm set ovenfra til 0,02 m +/-1,0 ppm i højden med en maksimal dækningsradius på PPK , 25 -30 km fra basen [12] .
PPP-RTK — Absolut positioneringsmetode med høj nøjagtighed med heltals flertydighedsopløsning af pseudo-fasemålinger og brug af atmosfæriske korrektioner i lokalområdet [10] RTK og PPP komplementerer hinanden - tidsmæssig information. Det implementeres gennem en strøm af ændringer i RTCM-SSR-formatet (State Space Representation). Situationen er nøjagtig den samme som i PPP-AR (Integer PPP) metoden. Den horisontale forbedring af PPP-RTK i forhold til en PPP-løsning er 6% til 27% horisontalt og 2% til 8% vertikalt. Forskere og tjenesteudbydere kombinerer PPP og RTK i et forsøg på at drage fordel af begge teknologier. Konceptet med PPP-RTK er at komplementere en teknologi med en anden. At skelne atmosfæriske korrektioner og korrektioner af satellit-ure og ephemeris fra RTK-netværket. Dette netværk er mest nøjagtigt i nærheden af hver basestation (hvor dataene genereres), og efterhånden som roveren bevæger sig væk, forringes kvaliteten af rettelserne, hvilket resulterer i længere tid og dårligere rettelser. Så snart roveren forlader RTK-området, aktiveres PPP. Sammen med nøjagtige satelliture, kredsløb og faseskift introduceres ionosfæriske og troposfæriske forsinkelseskorrektioner, hvilket giver dem mulighed for at udføre heltalsdisambiguation og nå nøjagtighed på centimeterniveau på væsentligt kortere tid. PPP-RTK bruger en allerede etableret infrastruktur (RTK-Networks). Konvergenstider er typisk 1-10 minutter, men kan under ideelle forhold opnås på sekunder. [13] [14] [15] .
RT-PPP (Real Time PPP) - metoden bruger EVI-strømme til i realtid at anvende samme type korrektion som ved efterbehandling. For at arbejde i Real Time PPP-tilstand kræves en kilde til korrigerende information i et særligt format. Kilden kan være betalte tjenester (RTX, TerraStar osv.) og/eller offentliggjorte projekter: APPS, NASA og JPL [7] PPP udvider roverdækningen til en afstand på 1000-2000 km fra de nærmeste korrektionsstationer og opretholder en nøjagtighed på 4 - 40 cm (40 cm ved initialisering <5 minutter, så øges nøjagtigheden kun og bliver mindre end 10 cm inden for 20 - 40 minutter [6] . Ved TerraStar-tjenestens tilfælde overføres de genererede korrektioner til slutbrugere vha. Inmarsat telekommunikationssatellitter [ 16] .
Det skal bemærkes, at der endnu ikke er defineret en realtids-OPP-standard, men standardiseringsbestræbelserne udføres af Radio Technical Commission for Maritime Services (RTCM) Special Committee 104. [17]
Parallelt med PPP-metoden blev Post Processing Kinematic-metoden udviklet.
Tjenesten til levering (CI) af korrigerende information består som hovedregel af et netværk af spredte jordobservationsstationer, der løbende overvåger og modtager GNSS-satellitsignaler, computercentre til behandling af satellitinformation og kommunikationskanaler for CI til forbrugerne. Baseret på PPP-metoden er der allerede skabt mange videnskabelige og kommercielle tjenester i verden, såsom MADOCA, Magic GNSS, CNES PPP-Wizard Project, VERIPOS Apex, NavCom Star Fire, Trimble RTX, implementeret af udenlandske virksomheder FUGRO, NavCom, Trimble, TerraStar, Leica, NovAtel og rumfartsorganisationerne JAXA (Japan). Korrigerende information bringes til forbrugeren ved hjælp af kommunikationssatellitter, normalt geostationære, der transmitterer information i L-båndet (1525-1560 MHz) og via internettet. Den samlede EVI-ankomstforsinkelse er 15-20 sekunder, nøjagtigheden af ephemeris er på niveauet for rod-middel-kvadrat-fejl på 5-7 cm, urkorrektioner - 5 ns [6] .
Overvågning og bestemmelse (omdefinering) af koordinater for basestationer for jord- og rumsegmenter [18] .
Fiksering af geologiske og geofysiske arbejder i svært tilgængelige områder [3] .
Introduktion af korrektioner for kvasi-differentielle målinger.
OPP-tjenester bruges også i offshore undersøgelser, til overvågning af offshore platforme under minedrift, til kørsel af traktorer og mejetærskere i landbruget [6] .
Nøjagtig positionering bruges i stigende grad inden for områder som robotteknologi, autonom navigation, landbrug, byggeri og minedrift.
I fremtiden kan det bruges, når du angiver placeringen i de globale søge- og informationskartografiske tjenester såsom Yandex.Maps og andre. Og også i bilnavigatorer (som vil undgå at placere sig "på den anden side af gaden").
De nuværende institutionelle PPP/PPP-RTK-tjenesteudbydere er Japan (QZSS) regionalt, Kina (BDS) regionalt, EU (Galileo) globalt, Australien/New Zealand (SouthPAN) regionalt og Rusland (GLONASS) globalt. OPP-tjenester fra SouthPAN og GLONASS er under udvikling.
De største ulemper ved PPP, sammenlignet med traditionelle GNSS-metoder, er, at det kræver mere computerkraft, kræver en ekstern efemeri-korrektionsstrøm og tager noget tid at nå fuld nøjagtighed. Dette gør det relativt uattraktivt for flåde- og luftfartssporingsapplikationer, hvor subcentimeter nøjagtighed ikke er efterspurgt, og i tilfælde af en nødsituation tæller sekunder. For alle DGPS-metoder er reglen, at jo større afstanden er fra basestationen, desto større er fejlen. [7] .
| Navigationssystemer _ | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satellit |
| ||||||
| Jord | |||||||
| Differentielle korrektionssystemer | |||||||