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GNSS高精度大眾化應用在打PPP主意嗎?

添加時間:2018-09-11 11:01:29 來源:斗室智庫/環球新時空信息技術研
  GPS與生俱來就有標準定位服務(SPS)和精密定位服務(PPS)之分。而且形成了經緯分明的市場,主要表現是在單頻和雙頻,或者多頻接收機之分。前者已經在各類車輛和智能手機領域形成龐大市場,而后者只是個小眾市場。GPS就是整個GNSS市場的縮影。從終端的規模而言,高精度專業市場僅僅占GNSS終端總量的不足0.5%。這個局面可能很快會改變,出路在高精度大眾化應用。
 
  米級定位精度對于許多應用,或者說是大多數應用來說已經足夠。但是,GNSS有很多用途,例如機械控制、監測調查和其他一些科學研究任務,往往需要其定位精度優于10厘米,甚至1厘米。單獨的偽距碼定位無法獲得這種水平的精度,高精度實現一定需要使用載波相位測量,這種測量比偽距碼測量精確得多,但是它們存在整周模糊度問題,因此必須實現這種模糊度的估計,才可能解析出正確的相位整周數值,因此往往需要用時間去換精度。
 
  傳統的相位測量(通常為雙頻),一般是由移動的用戶接收機與作為參考接收機測的相位數據,進行組合運算,才能獲得非常精準的位置。如果利用某種無線電電路,實時將參考接收機的數據實時傳送給移動接收機,完成數據計算,這種計算稱為實時動態測量,或者稱為RTK。RTK定位的缺點,是必須要有參考站這樣的基礎設施,還包括無線電數據鏈(例如移動電話通信),以獲得實時結果。還有另外方式可以實現載波相位定位嗎?這就是PPP。PPP是在初始化的偽距碼測量基礎上,使用更為精確的相位測量。在這種情況下,至少使用了用戶接收機的兩個頻率的載波相位測量,結合來自于全球網絡提供的精密衛星軌道和時鐘數據,其最終水平定位精度將為10厘米,或更好的。
 
  差不多在十年前,有人就提出PPP的性能最優化及其局限性。最主要的問題是其初始化時間太長,往往要數十分鐘。而且,在縮短初始化時間方面的研究開發結果進展一直不大。近期,傳統PPP的初始化收斂時間的問題上,在多方面實現某些突破。這就是:一是從GNSS多個星座的測量進行整合,實現了從GPS PPP到GNSS PPP的過渡;二是在PPP用戶算法中解決載波相位模糊度問題,著力提高位置精度和解決穩定性,但最重要的是努力減少初始收斂時間周期;三是利用先驗信息來減少初始收斂時間周期和再收斂周期,并提高解的穩定性,盡可能利用可用的GNSS誤差建模方法;四是通過PPP的多種多樣的增強,來縮短初始化周期的同時,探討用多星座單頻,或者低成本雙頻,利用智能手機這樣的終端,通過高精度算法實現PPP方法所能夠取得的結果和工作穩定性。
 
  GNSS測量處理的PPP方法,其設計的初衷是通過消除對網絡基線處理的需求,大大減少在大型的大地測量接收機網的計算負擔。該技術已經開發應用于大地基礎設施稀少,包括缺少GNSS參考站的地區,或者區域的許多應用。關系PPP特征應用,涉及應用精密定位的單接收機,和各種各樣的附加增強,可以消除,或者減少求解的初始化和重新初始化時間,達到接近類似RTK級別的水平。
 
  但是,PPP到底是什么?這個問題可以從多個角度來解決。從理論的角度來看,推動力來自于性能最大化,這就是在多個小時內達到毫米級的靜態定位,和在幾分鐘之間實現幾厘米級的動態定位。由此可見,以任何方式來增強PPP是必要的。毫無疑問,視在的單接收機定位,或真正的廣域增強,從性能最大化的科學解釋來說,均不需要本地,或者區域參考站。就工程問題來看,我們可以以少求多,即用超低價硬件實現分米級定位,或者以低成本硬件實現厘米級定位。而從實踐或者商業運作來看,極大的興趣是對演進的PPP方法實現有效和高效應用,將該技術真正用起來。
 
  在服務提供者而言,無論是全球性或區域性,公眾或商業,具有明顯的驅動力以提供增強的改正產品,但是由星座擁有者跟蹤至區域與地面增強的整個服務譜系的線條是模糊的。全球商務提供者,無論有沒有區域增強,都可以提供類似的服務。關鍵是提供多星座GNSS狀態的空間改正數,包括衛星軌道、衛星時鐘、衛星設備時延(相位分數偏差)、天頂電離層時延、天頂對流層時延,而且在合理的成本范圍和所需的定位性能條件下,給用戶以足夠的時間和空間分辨率的改正數據,從而收取特定市場可以承擔的改正數訂閱費。
 
  鑒于上述的這些改正產品,PPP用戶,有更大的能力來訪問定位性能水平廣泛陣列的各種新應用,無論是若干分米級移動設備定位到陸地、海上、空中載體的自動,或者半自動數厘米級的定位。 PPP可用于完好性監測,也可用于生命安全,后者必選低成本,對于可用性和完好性而言,相對高精度定位也是必選項目。對于關鍵安全和高精度應用,例如車輛自動化,PPP可與RTK一起配合使用,以實現低成本硬件的穩健性和獨立性。這樣的并行和協作的方式,將需要用戶的混合處理引擎,和強大的從各種各樣本地、區域和全球的來源的空間狀態改正數。我們在這里是從當前的基于大地測量硬件看到的一些商業服務。
 
  近期的PPP增強的發展趨勢,也包括低成本,和多傳感器集成。最佳化的導航算法和高效的用戶處理引擎,將成為低成本設備能力持續增加和低成本集成傳感器解決方案的優先選擇,也是大眾市場應用的需要。類似于米級GNSS單點定位那樣,更低的硬件成本將促進市場的規?;N量,類PPP改正服務和基于GNSS的多傳感器融合技術更多地集成進入導航解決方案,利于應用到各種行業和消費類應用領域。顯然,PPP的未來是前景一片光明。
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