Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




22.04.2021


20.04.2021


19.04.2021


19.04.2021


17.04.2021





Яндекс.Метрика

Precise Point Positioning

08.03.2021

PPP (англ. Precise Point Positioning — дословно «позиционирование высокой точности») — метод получения высокоточных координат (в плане и по высоте) местности сантиметровой точности с помощью глобальный навигационных спутниковых систем (ГНСС) посредством получения поправок к эфемеридам орбит и бортовым часам всех видимых НКА от сетевого источника поправок.

В русскоязычной литературе встречается как Высокоточное местоопределение или Высокоточное местоопределение в абсолютном режиме.

PPP является одним из методов DGPS и разработан в компанией NovAtel(Канада) в 2005г как альтернативный метод корректировки координат в системе WGS-84. Метод не требует от непосредственного исполнителя наличия базовой станции (опорного приемника) и/или сигнала со спутников систем дифференциальной коррекции..

Принцип работы

Принцип работы основан на разности фаз несущих частот L1 и L2 и ЭВИ (Эфемеридно-временная информация) таким образом PPP опирается на два общих источника информации: прямые наблюдения и ЭВИ.

Метод PPP отличается от относительного метода спутниковых определений тем, что поправки вносятся в параметры орбит и часов, а не в измерения фаз несущих радиосигналов спутников ГНСС. Он схож с абсолютным методом определений.

Прямые наблюдения

Фазовые данные - это данные, которые приемник получает самостоятельно. Одним из прямых наблюдений для приёмника является "фаза несущей", т. е. не только сообщение синхронизации, закодированное в сигнале GNSS, но и то, идет ли волна этого сигнала "вверх" или "вниз" в данный момент. Фазы можно рассматривать как цифры после десятичной точки в количестве волн между данным спутником GNSS и приемником. Само по себе измерение фазы не может дать даже приблизительное положение, но как только другие методы сузили оценку положения до диаметра, соответствующего одной длине волны (примерно 20 см), информация о фазе может уточнить оценку.

Еще одним важным прямым наблюдением является "дифференциальная задержка" между сигналами GNSS разных частот L1 и L2. Поскольку основным источником ошибки определения положения спутника является ионосферная погрешность. Сигналы разных частот замедляются в ионосфере на разные величины. Измеряя разницу в задержках между сигналами разных частот, программное обеспечение приемника (или более поздняя постобработка) может моделировать и удалять задержку (вводит поправку) на любой частоте.

Косвенные определения

ЭВИ (эфемеридно-временная информация) - информация содержащей поправки к эфемеридам и времени бортовых часов навигационных спутников,вычисляется по результатам спутниковых наблюдений, выполняемых наземными постоянно-действующими станциями приема сигналов ГНСС с точно известными координатами .

Эфемеридная информация - это точные координаты спутников на орбите. Наблюдения (мониторинг спутниковой группировки) выполненные IGS и другими государственными и частными организациями с глобальными сетями наземных станций. Спутниковая навигация работает по принципу, что положения спутников в любой момент времени известны, но на практике это не так: микрометеориты, изменение давления солнечной радиации и т.д. влияют на траекторию полета. Соответственно орбиты не являются полностью предсказуемыми. Эфемериды, транслируемые спутниками, в сущности являются ранними прогнозами. Фактические же наблюдения за тем, где находились спутники, могут колебаться на несколько метров в течение нескольких часов. Таким образом можно вычислить погрешность фактического и ожидаемого местоположения ИСЗ и ввести поправку на туже величину.

Временная информации - содержит данные о задержке часов спутника.

Если упрощенно, ЭВИ и последующие ее использование, представляет собой решение обратной пространственной засечки, но с лучшей точностью координат исходных пунктов (в данном случае эфемерид) и приведенной временной шкалой (что позволяет более точно вычислить псевдодальности).

Информация об ЭВИ в виде отдельных файлов формируют в международных сервисных центрах обработки данных ГНСС наблюдений и предоставляют пользователям из различных стран через специализированные Интернет-ресурсы (SOPAC — Scripps Orbit and Permanent Array Centre и IGS). Файл несет в себе точные значения эфемерид и поправок часов спутников, информация о задержке спутникового сигнала в ионосфере и тропосфере и пр.. Продолжительность спутниковых наблюдений на точке, должна составлять не менее получаса в противном случае пост обработка сырых данных и файла поправки не возможна.

Файлы эфемерид и поправок к часам навигационных спутников собранные более чем с 400 станций и предоставленные через сетевой сервис могут иметь вид:

— Ожидаемые (Predicted), по которым возможна обработка результатов измерений методом PPP в режиме реального времени;

— Быстрыми (Rapid), доступными через промежуток от нескольких часов до двух суток (пост обработка результатов измерений);

— Окончательными (Final), доступными через 2–3 недели (пост обработка результатов измерений). .

Для определения координат местоположения методом PPP достаточно наличие данных с нескольких станций, расположенных глобально, на взаимном расстоянии 1000-2000 км.

Сравнение с другими методами DGPS

Метод PPP часто путают с относительными (квазидифференциальными) методами космической геодезии (статика, кинематика, stop & go и особенно RTK) в виду того, что состав исходной информации тот же, что и в относительных методах: эфемериды и бортовая шкала времени. В отличие от PPP, RTK не предполагает постобработку и не требует знание точных поправок спутниковых орбит и бортовых часов, он использует фазовые измерения в режиме реального времени. В РРР-методе вся информация о поправках является апостериорной, то есть она получается в результате наблюдения спутниковой группировки одним или сетью опорных GNSS приемников с известными координатами и реализуются службой точного позиционирования.

Так же метод PPP существенно отличается, от систем типа SВAS, как охватом, покрываемой территорией, так и методом передачи поправок. В методе типа SBAS ошибки дифференцируют с помощью одной или нескольких наземных базовых станций с точно известными позициями (географическими координатами в глобальной системе WGS84, ПЗ-90 и т. д.) и передают (ретранслируют) через спутники связи, в отличие от PPP, в котором информация о поправках локализуется на сервере и передается через наземный канал связи (линии ВОЛС или GSM). Метод PPP так же как и Cистем типа SВAS не предусматривает региональный охват плоских систем координат (МСК-СРФ).

Основным отличием PPP от кинематики реального времени (RTK) заключается в том, что PPP не требует доступа к данным наблюдений из одного или нескольких близко размещаемых базовых станций, и тем, что в PPP реализуется псевдоабсолютное позиционирование вместо относительного определения от опорной станции в RТК. Что отличает метод PPP от, эксклюзивных (локальных) решений RTK, в котором источником поправок служить другой (опорный) приемник, каналом связи — радиомодем, а системы координат как правило плоская региональная и/или условная, ограниченная мощностью радиомодема в радиусе 2-3 км.

Причиной путаницы как правило является схожесть методов передачи поправок в новых методах позиционирования основанных на методе кинематики реального времени (RTK) в которых источником поправок служит доступный локально сетевой сервис, каналом связи (передачи поправок) служат те же сети формата GSM (мобильный интернет через сим-карту), а так же наличие базовых референцстанций размещенных достаточно плотно (через каждые 50 км). Что обусловлено охватом общей плеяды спутников радиусом 20-30 км. Для PPP метода плотность базовых станций гораздо меньше и составляет 12 станций на всю территорию России. Методическая дальность приема поправок PPP-метода практически не ограниченна. Эффективность метода при использовании одно-частотного приемника значительно (на порядок) ниже, но в интересах снижения стоимости конечного оборудования рассматривается для практического применения. Устранение тропосферной погрешности осуществляется по модели, ионосферных погрешностей за счет двух-частотного приема.


Моделирование

Моделирование: тропосферная задержка корректируется с использованием модели UNB, разработанной Университетом Нью-Брансуика. Однако большая часть тропосферной задержки сильно варьируется и не может быть смоделирована с достаточной точностью. Моделирование также используется в приемнике PPP для коррекции волновых эффектов.

Виды PPP

В настоящее время известно о реализации метода PPP без разрешения целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений (Float PPP), с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений (PPP-AR или Interger PPP), с использованием дополнительных атмосферных коррекций в пределах локальной области (PPP-RTK) и режим реального времени с уточненными эфемеридами и моделью ухода шкалы часов (RT-PPP).

PPP (Float PPP) — Стандартный метод высокоточного абсолютного определения местоположения. Точность местоопределения 1-3 см доступна после 6-12 часов наблюдения и последующей обработки измерений. При этом финальная ЭВИ от Международной ГНСС службы (InternationalGNSSService, IGS), обеспечивающая указанную точность, доступна только через 2 недели после проведения измерений. Такое время ожидания является неприемлемым для ряда практических приложений.

PPP-AR (Integer PPP) или Метод высокоточного абсолютного определения местоположения с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений. В сущности своей является сочетанием методов PPP и PPK. Точность измерений с использованием одной системы ГНСС составляет в плановом плановом положении 7-10 мм и 33 мм в высотном для PPP и 5 - 6 мм в плановом и 28 мм в высотном для PPP-AR. . Указанная точность, доступна только через 2 недели после проведения измерений. При Этом точности достигаемые методом PPK варьируются от 0.01 m +/-0.5 ppm мм в плане до 0.02 m +/-1.0 ppm по высоте при максимальном радиусе охвата PPK, 25 -30 км от базы.

PPP-RTK — Метод высокоточного абсолютного определения местоположения с разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений и использованием атмосферных коррекций в пределах локальной области.RTK и PPP дополняют друг друга Кинематика в реальном времени позволяет получить поправки к разрешением целочисленной неоднозначности псевдофазовых измерений а PPP к эфемеридно-временной информации. Реализуется через поток поправок в формате RTCM-SSR (State Space Representation). Ситуация с точностью такая же как в методе PPP-AR (Integer PPP). Горизонтальное улучшение PPP-RTK по сравнению с решением PPP составляет от 6% до 27% по горизонтали и от 2% до 8% по вертикали.

RT-PPP (Real Time PPP) - метод использует потоки ЭВИ для применения в режиме реального времени того же типа коррекции, что и при пост обработке. Для работы в режиме Real Time PPP, требуется наличие источника корректирующей информации в специальном формате. Источником могут являться платные сервисы (RTX, TerraStar и др.) и/или опубликованные проекты: APPS, службы автоматического точного позиционирования NASA и Лаборатории реактивного движения PPP расширяет зону действия ровера до расстояния в 1000-2000 км от ближайших корректирующих станций при сохранении точности 4 - 40 см (40 см при инициализации <5 минут далее точность только возрастает и становится менее 10 см в течение 20 - 40 минут . В случае службы TerraStar с генерированные поправки передаются для конечных пользователей с помощью телекоммуникационных спутников Inmarsat.

Следует отметить, что пока не определен стандарт Real-Time PPP , однако усилия по стандартизации предпринимаются Radio Technical Comission for Maritime Services (RTCM) Special committee 104.

Референцный метод

Параллельно с методом PPP развивался метод Post Processing Kinematic.

Сервисы

Сервис по предоставлению (КИ) корректирующей информации, как правило состоят из сети рассредоточенных наземных наблюдающих станций, ведущих непрерывные наблюдения и прием сигналов спутников ГНСС, вычислительных центров по обработке спутниковой информации и каналов связи для КИ потребителям. На основе метода PPP в мире уже создано множество научных и коммерческих сервисов, таких как MADOCA, Magic GNSS, CNES PPP-Wizard Project, VERIPOS Apex, NavCom Star Fire, Trimble RTX, реализованные зарубежными компаниями FUGRO, NavCom, Trimble, TerraStar, Leica, NovAtel, и космическими агентствами JAXA(Япония). Корректирующая информация доводится до потребителя с помощью спутников связи, как правило геостационарных, передающих информацию в L-диапазоне (1525-1560 МГц) и по сети Интернет. Общая задержка поступления ЭВИ составляет 15-20 секунд, точность эфемерид находится на уровне средних квадратических ошибок 5-7 см, поправок часов – 5 нс.

Применение

Мониторинг и определение (переопределение) координат базовых станций наземного и космического сегментов .

Фиксация геологических и геофизических выработок в труднодоступных районах.

Введение поправок при Квазидифференциальных измерениях.

РРР-сервисы также применяются на шельфовых съемках, для мониторинга морских платформ при добыче полезных ископаемых, для управления тракторами и комбайнами в сельском хозяйстве.

Точное позиционирование все чаще используется в таких областях, как робототехника, автономная навигация, сельское хозяйство, строительство и добыча полезных ископаемых.

В перспективе может быть использовано при уточнение местоположения в Глобальных поисково-информационных картографических службах таких как Яндекс.Карты и прочие. А также в автомобильных навигаторах (что позволит избежать позиционирования "на другой стороне улицы").

Преимущества

  • PPP доступен при работе одним ГНСС-приемником, без базовых станций в непосредственной близости от пользователя.
  • PPP обеспечивает гораздо большую согласованность позиционирования, чем относительные методы коррекции с использованием базовой станции.
  • PPP уменьшает стоимость и упрощает оперативную логистику полевых работ.
  • Пока не требуется инициализация для получения поправок PPP (в перспективе возможна будет только при наличии договора с организацией эксплуатирующей сеть базовых станций).

Недостатки

Основные недостатки PPP, по сравнению с традиционными методами GNSS, заключаются в том, что он требует большей вычислительной мощности, требует внешнего потока коррекции эфемерид и требует некоторого времени для достижения полной точности. Это делает его относительно непривлекательным для применения в сфере отслеживание флота и авиации, где субсантиметровая точность не востребована, а в случае ЧС, счет идет на секунды. Для всех методов DGPS Действует правило чем больше удаление от базовой станции, тем больше погрешность..

  • Требуется целочисленное разрешение фазовой неоднозначности.
  • Стоимость двухчастотного оборудования пока высокая.
  • Ограничивается глобальными системами координат
  • Большой объем обрабатываемой информации приводит к задержке получения файлов
  • Достоверность информации вызывает сомнения, так как метод нарушает основной принцип классической геодезии "от общего к частному" и работает по принципу "от частного к общему" - вносит поправки в исходные данные. Так подобные методы еще в конце 1950-х годов ВМА (Военно-Морской Академией) и Пулковской обсерваторией были поставлены под сомнение и не признаются геодезическим научным сообществом России вплоть до н.в. - МИИГАиКом, ЦНИИГАиКом и НИИГАиКом..