PPP ( angolul Precise Point Positioning - szó szerint "nagy pontosságú pozicionálás") - módszer a centiméter pontosságú terep nagy pontosságú koordinátáinak (síkban és magasságban) meghatározására a globális navigációs műholdrendszerek (GNSS) segítségével a pálya efemeriszának korrekcióival. és az összes látható NCA fedélzeti órája a korrekciók hálózati forrásából.
Az orosz nyelvű irodalomban Nagy pontosságú helyként vagy Nagy pontosságú helyként abszolút módban található [1] .
A PPP a DGPS módszerek egyike, és a NovAtel (Kanada) fejlesztette ki 2005-ben, mint alternatív módszert a WGS-84 rendszer koordinátáinak korrekciójára. Az eljárás nem követeli meg a közvetlen végrehajtótól, hogy rendelkezzen bázisállomással (referenciavevővel) és/vagy differenciálkorrekciós rendszerek műholdjaitól származó jellel. [2] [3] .
A működési elv az L1 és L2 vivőfrekvenciák és az EVI (Ephemeris Time Information ) fáziskülönbségén alapul, így a PPP két közös információforrásra támaszkodik: az EVI közvetlen megfigyelésére [4] [5] .
A PPP-módszer abban különbözik a műholdmeghatározás relatív módszerétől, hogy a korrekciókat a pályák és az órajelek paramétereiben végzik, nem pedig a GNSS műholdak rádióvivőjeleinek fázisméréseit. Hasonló a definíciók abszolút módszeréhez [6] .
A fázisadatok olyan adatok, amelyeket a vevő önállóan fogad. Az egyik közvetlen megfigyelés a vevő számára a "vivőfázis", azaz nem csak a GNSS jelben kódolt szinkronizálási üzenet, hanem az is, hogy az adott jel hullámformája "fel" vagy "le" van-e az adott pillanatban. A fázisokat úgy tekinthetjük, mint az adott GNSS műhold és a vevő közötti hullámok számában a tizedesvessző utáni számokat. A fázismérés önmagában még közelítő pozíciót sem tud adni, de miután más módszerek a pozícióbecslést egyetlen hullámhossznak megfelelő átmérőre (kb. 20 cm) leszűkítették, a fázisinformációk finomíthatják a becslést.
Egy másik fontos közvetlen megfigyelés a különböző L1 és L2 frekvenciájú GNSS jelek közötti „differenciális késleltetés”. Mivel a műhold helyzetének meghatározásában a fő hibaforrás az ionoszférikus hiba. A különböző frekvenciájú jelek különböző mértékben lassulnak le az ionoszférában. A különböző frekvenciájú jelek közötti késleltetések különbségének mérésével a vevő szoftver (vagy későbbi utófeldolgozás) bármilyen frekvencián képes szimulálni és eltávolítani a késleltetést (helyes).
EVI (ephemeris-temporal information) - az efemerisz korrekcióit és a navigációs műholdak fedélzeti órájának idejét tartalmazó információ a földi állandó GNSS jelvevő állomások által végzett műholdas megfigyelések eredményeiből, pontosan ismert koordinátákkal számítható ki [5] .
Az efemerisz információ a pályán lévő műholdak pontos koordinátái. Megfigyelések (műholdas konstelláció monitorozása), amelyeket az IGS és más állami és magánszervezetek végeznek földi állomások globális hálózatával. A műholdas navigáció azon az elven működik, hogy a műholdak helyzete bármikor ismert, de a gyakorlatban ez nem így van: mikrometeoritok, napsugárzás nyomásának változása stb. befolyásolják a repülési útvonalat. Ennek megfelelően a pályák nem teljesen kiszámíthatók. A műholdak által sugárzott efemeridiák alapvetően korai előrejelzések. A műholdak elhelyezkedésének tényleges megfigyelései több métert is ingadozhatnak több órán keresztül. Így ki lehet számítani a műhold tényleges és várható helyének hibáját, és ugyanarra az értékre korrekciót vezetni be.
Ideiglenes információ – a műhold órájának késleltetésére vonatkozó adatokat tartalmazza.
Leegyszerűsítve az EVI és annak későbbi alkalmazása reszekciós megoldás, de a kiindulási pontok (jelen esetben az efemerisz) koordinátáinak jobb pontosságával és csökkentett időskálával (ami lehetővé teszi az áltávolságok pontosabb kiszámítását) [ 7] .
Az EVI-vel kapcsolatos információkat külön fájlok formájában a GNSS megfigyelési adatok feldolgozására szolgáló nemzetközi szolgáltató központokban alakítják ki, és speciális internetes forrásokon (SOPAC - Scripps Orbit and Permanent Array Center és IGS ) keresztül biztosítják a felhasználók számára a különböző országokból. A fájl tartalmazza az efemeridiák és a műhold óra korrekcióinak pontos értékeit, információkat a műholdjel késleltetéséről az ionoszférában és a troposzférában stb. [2] . A ponton a műholdas megfigyelések időtartama legalább fél óra legyen, ellenkező esetben a nyers adatok és a korrekciós fájl utófeldolgozása nem lehetséges.
A több mint 400 állomásról gyűjtött és egy hálózati szolgáltatáson keresztül biztosított efemeridiák és a navigációs műholdak óráinak korrekciói a következőképpen nézhetnek ki:
— Várható (Predicted), amely szerint lehetőség van a mérési eredmények PPP módszerrel valós időben történő feldolgozására;
- Gyors (Rapid), több óra és két nap elteltével elérhető (a mérési eredmények utófeldolgozása);
— Final (Final), 2-3 héten belül elérhető (mérési eredmények utófeldolgozása). [3] .
A helykoordináták PPP módszerrel történő meghatározásához elegendő több, globálisan, egymástól 1000-2000 km távolságra elhelyezkedő állomás adatai [6] .
A PPP-módszert gyakran összekeverik a térgeodézia relatív (kvázi-differenciális) módszereivel (statika, kinematika, stop & go és különösen RTK), mivel a kiindulási információ összetétele ugyanaz, mint a relatív módszereknél: efemerisz és a fedélzeti időskálát. A PPP-vel ellentétben az RTK nem jár utófeldolgozással, és nem igényli a műholdpályák és a fedélzeti órák pontos korrekcióinak ismeretét, valós idejű fázisméréseket használ. A PPP-módszerben minden korrekciós információ utólagos, azaz a műhold konstellációjának egy vagy ismert koordinátákkal rendelkező referencia-GNSS-vevő hálózata általi megfigyelése eredményeként jön létre, és a precíziós helymeghatározó szolgáltatás implementálja.
Ezenkívül a PPP módszer jelentősen eltér az SBAS típusú rendszerektől , mind a lefedettség, mind a fedett terület, mind a korrekciók továbbításának módjában. Az SBAS típusú módszerben a hibákat egy vagy több pontosan ismert pozíciójú földi bázisállomás segítségével (a globális rendszerben WGS84, PZ-90 stb. földrajzi koordinátáival) differenciálják, és kommunikációs műholdakon továbbítják (újraküldik), ellentétben a PPP-vel. amelyben a módosításokról szóló információkat a szerveren lokalizálják és földi kommunikációs csatornán (FOCL vagy GSM vonalak) továbbítják. A PPP módszer a SWAS típusú rendszerekhez hasonlóan nem biztosítja a lapos koordinátarendszerek (MSC-SRF) regionális lefedettségét.
A fő különbség a PPP és a valós idejű kinematika (RTK) között az, hogy a PPP nem igényel hozzáférést egy vagy több közeli bázisállomás megfigyelési adataihoz, és hogy a PPP pszeudo-abszolút helymeghatározást valósít meg az RTK referenciaállomásról történő relatív meghatározás helyett. . Mi különbözteti meg a PPP módszert az exkluzív (lokális) RTK megoldásoktól, amelyekben egy másik (referencia) vevő szolgál a korrekciók forrásául, a rádiós modem a kommunikációs csatorna, a koordinátarendszerek pedig általában lapos regionális és/vagy feltételesek, korlátozottak a rádiómodem teljesítménye 2-3 km-es körzetben .
A zavar oka általában a korrekciók továbbítási módszereinek hasonlósága a valós idejű kinematikai (RTK) módszeren alapuló új helymeghatározási módszerekben , amelyekben a korrekciók forrása egy lokálisan elérhető hálózati szolgáltatás, a kommunikációs csatorna (korrekciók átvitele). ) ugyanazok a GSM formátumú hálózatok (mobil internet SIM-en keresztül). térkép), valamint a meglehetősen sűrűn (50 km-enként) elhelyezkedő bázisállomások jelenléte. Ez a 20-30 km sugarú műholdak teljes konstellációjának lefedettségének köszönhető. A PPP-módszer esetében a bázisállomások sűrűsége sokkal kisebb, és 12 állomást tesz ki Oroszország teljes területén. A PPP-módszer korrekcióinak fogadásának módszertani köre gyakorlatilag korlátlan. A módszer hatékonysága egyfrekvenciás vevő esetén jóval (nagyságrenddel) alacsonyabb, de a végső berendezés költségének csökkentése érdekében a gyakorlati alkalmazást megfontolandó. A troposzférikus hiba kiküszöbölése a modell szerint történik, a kétfrekvenciás vételből adódó ionoszférikus hibák [8] .
| út | PPP | SBAS | RTK | Hálózati RTK (RTK Networks) | Valós idejű PPP |
|---|---|---|---|---|---|
| Lefedettség | Globális | Globális | Helyi (2 km-re a bázisállomástól) | Regionális (20-30 km-re a bázisállomástól) | Globális |
| A módosítások továbbításának módja | Javító fájl generálva | rádiójel | rádiójel | GSM | GSM/rádiójel |
| A módosítások forrása | Globális szerver | Távközlési műhold | referencia vevő rádiómodemmel | Helyi szerver | Globális szerver/kommunikációs műhold |
| koordináta-rendszer | csak WGS84 (földrajzi gr. min. mp) | PZ-90, WGS84 stb. (földrajzi gr. min. mp) | feltételes (téglalap alakú metrika) | MSK-RF (téglalap alakú metrika) | csak WGS84 (földrajzi gr. min. mp) |
| információgyűjtés | referencia vevőhálózat | GNSS földi szegmens | referencia vevő (1 bázisállomás) | bázis referenciaállomások hálózata | referencia vevőhálózat |
| Operátor | Privát vállalat | állam (a Honvédelmi Minisztérium képviseletében) | Magánszemély | Privát vállalat | Privát vállalat |
| Információ | EVI | EVI | fázis | fázis | EVI |
Modellezés: A troposzférikus késleltetést a New Brunswicki Egyetem által kifejlesztett UNB modell segítségével korrigálják. A troposzférikus késleltetés nagy része azonban erősen változó, és nem modellezhető kellő pontossággal. Szimulációt is használnak a PPP vevőben a hullámzási effektusok korrigálására [9] .
Jelenleg ismert a PPP módszer megvalósítása pszeudofázisú mérések egész kétértelmű felbontása nélkül (Float PPP), pszeudofázisú mérések egész számú kétértelmű felbontásával (PPP-AR vagy Interger PPP), további légköri korrekciókkal a helyi területen ( PPP-RTK) és valós idejű mód finomított efemerisz- és óraeltolási modellel (RT-PPP) [6] .
PPP (Float PPP) – Szabványos módszer a nagy pontosságú abszolút pozicionáláshoz. 1-3 cm-es pozicionálási pontosság 6-12 órás megfigyelés és a mérések ezt követő feldolgozása után érhető el. Ugyanakkor az International GNSS Service (IGS) végleges EVI-je, amely a megadott pontosságot biztosítja, csak a mérések után 2 héttel áll rendelkezésre. Ez a várakozási idő számos gyakorlati alkalmazásnál elfogadhatatlan [1] .
PPP-AR (Integer PPP) vagy nagy pontosságú abszolút pozicionálási módszer egész számú kétértelműség felbontással pszeudofázisú mérésekhez [10] . Lényegében a PPP és a PPK módszerek kombinációja . Az egy GNSS rendszerrel végzett mérések pontossága 7-10 mm a tervezett helyzetben és 33 mm függőleges helyzetben PPP és 5-6 mm vízszintes helyzetben és 28 mm függőleges helyzetben PPP-AR esetén. [11] . A jelzett pontosság csak a mérés után 2 héttel áll rendelkezésre. Ugyanakkor a PPK módszerrel elért pontosság felülnézetben 0,01 m +/-0,5 ppm mm-től 0,02 m +/-1,0 ppm magasságig változik PPK maximális lefedettségi sugár mellett , 25-30 km-re az alaptól [12] .
PPP-RTK — Nagy pontosságú abszolút pozicionálási módszer pszeudofázisú mérések egész számú kétértelmű felbontásával és légköri korrekciók alkalmazásával a lokális területen [10] Az RTK és a PPP kiegészítik egymást. -időbeli információ. Az RTCM-SSR (State Space Representation) formátumú módosítások sorozatán keresztül valósul meg. A helyzet pontosan ugyanaz, mint a PPP-AR (Integer PPP) módszernél. A PPP-RTK horizontális javulása a PPP megoldásokhoz képest 6-27% vízszintesen és 2-8% vertikálisan A kutatók és szolgáltatók a PPP és az RTK kombinálásával próbálják kihasználni mindkét technológia előnyeit. A PPP-RTK koncepciója az egyik technológia kiegészítése a másikkal. A légköri korrekciók és a műholdórák és az efemeridiák korrekcióinak megkülönböztetése az RTK-hálózattól. Ez a hálózat a legpontosabb az egyes bázisállomások közelében (ahol az adatok generálódnak), és ahogy a rover távolodik, a korrekciók minősége romlik, ami hosszabb időt és rosszabb korrekciót eredményez. Amint a rover elhagyja az RTK területét, a PPP aktiválódik. A pontos műholdórák, pályák és fáziseltolások mellett ionoszférikus és troposzférikus késleltetési korrekciókat vezetnek be, amelyek lehetővé teszik egész számok egyértelműsítését, és lényegesen rövidebb idő alatt érik el a centiméteres pontosságot. A PPP-RTK egy már kiépített infrastruktúrát (RTK-Networks) használ. A konvergenciaidő jellemzően 1-10 perc, de ideális körülmények között másodpercek alatt is elérhető. [13] [14] [15] .
RT-PPP (valós idejű PPP) - a módszer EVI-folyamokat használ, hogy valós időben alkalmazza az utófeldolgozással megegyező típusú korrekciót. A valós idejű PPP módban való munkához speciális formátumú korrekciós információforrásra van szükség. A forrás lehet fizetős szolgáltatások (RTX, TerraStar stb.) és/vagy publikált projektek: APPS, NASA és JPL [7] A PPP a rover lefedettségét 1000-2000 km távolságra kiterjeszti a legközelebbi korrekciós állomásoktól, a pontosság megtartásával 4 - 40 cm (40 cm inicializáláskor <5 perc, ekkor a pontosság csak nő és 20 - 40 percen belül 10 cm alá csökken [6] . A TerraStar szolgáltatás esetén a generált korrekciókat a végfelhasználóknak továbbítják Inmarsat távközlési műholdak [16] .
Meg kell jegyezni, hogy a valós idejű PPP szabványt még nem határozták meg, de a Tengerészeti Szolgáltatások Rádiótechnikai Bizottsága (RTCM) 104. számú különbizottsága szabványosítási erőfeszítéseket tesz. [17]
A PPP módszerrel párhuzamosan kidolgozásra került a Post Processing Kinematic módszer.
A korrekciós információszolgáltatás (CI) szolgáltatása rendszerint szétszórt földi megfigyelő állomások hálózatából áll, amelyek folyamatosan figyelik és fogadják a GNSS műholdjeleket, a műholdas információkat feldolgozó számítógépes központokból és a fogyasztók felé irányuló kommunikációs csatornákból. A PPP módszer alapján számos tudományos és kereskedelmi szolgáltatást hoztak létre már a világon, mint például a MADOCA, Magic GNSS, CNES PPP-Wizard Project, VERIPOS Apex, NavCom Star Fire, Trimble RTX, külföldi cégek által megvalósított FUGRO, NavCom, Trimble, TerraStar, Leica, NovAtel és JAXA űrügynökségek (Japán). A helyesbítő információkat általában geostacionárius, L-sávban (1525-1560 MHz) továbbító kommunikációs műholdak és az interneten keresztül juttatják el a fogyasztóhoz. Az EVI teljes érkezési késleltetése 15-20 másodperc, az efemeridiák pontossága 5-7 cm-es négyzetes középhibák, órakorrekciók - 5 ns [6] .
Földi és űrszegmensek bázisállomásainak koordinátáinak megfigyelése és meghatározása (újradefiniálása) [18] .
Geológiai és geofizikai munkák rögzítése nehezen elérhető területeken [3] .
Kvázi-differenciális mérések korrekcióinak bevezetése.
A PPP-szolgáltatásokat offshore felmérésekben is használják, tengeri platformok bányászat közbeni megfigyelésére, traktorok és kombájnok vezetésére a mezőgazdaságban [6] .
A pontos helymeghatározást egyre gyakrabban alkalmazzák olyan területeken, mint a robotika, az autonóm navigáció, a mezőgazdaság, az építőipar és a bányászat.
A jövőben használható a hely megadásakor a Globális keresési és információs térképészeti szolgáltatásokban, mint például a Yandex.Maps és mások. És az autós navigátorokban is (amelyek elkerülik az "utca másik oldalán" való elhelyezést).
A jelenlegi intézményi PPP/PPP-RTK szolgáltatók Japán (QZSS) regionálisan, Kína (BDS) regionálisan, EU (Galileo) globálisan, Ausztrália/Új-Zéland (SouthPAN) regionálisan és Oroszország (GLONASS) globálisan. A SouthPAN és a GLONASS PPP szolgáltatásai fejlesztés alatt állnak.
A PPP fő hátránya a hagyományos GNSS módszerekkel szemben, hogy nagyobb számítási teljesítményt igényel, külső efemerisz korrekciós folyamot igényel, és időbe telik a teljes pontosság eléréséhez. Emiatt viszonylag nem vonzó a flotta- és légiközlekedés-követő alkalmazásokhoz, ahol nincs igény a centiméter alatti pontosságra, és vészhelyzet esetén a másodpercek számítanak. Az összes DGPS módszerre az a szabály, hogy minél nagyobb a távolság a bázisállomástól, annál nagyobb a hiba. [7] .
| Navigációs rendszerek | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Műhold |
| ||||||
| Talaj | |||||||
| Differenciálkorrekciós rendszerek | |||||||