PPP ( English Precise Point Positioning - literalmente „poziționare de înaltă precizie”) - o metodă de obținere a coordonatelor de înaltă precizie (în plan și înălțime) ale terenului cu precizie centimetrică utilizând sistemele globale de navigație prin satelit (GNSS) prin obținerea de corecții la efemeridele orbitei și ceasurile de la bord ale tuturor NCA vizibile dintr-o sursă de rețea de corecții.
În literatura în limba rusă, se găsește ca locație de înaltă precizie sau locație de înaltă precizie în modul absolut [1] .
PPP este una dintre metodele DGPS și a fost dezvoltată de NovAtel (Canada) în 2005 ca metodă alternativă de corectare a coordonatelor în sistemul WGS-84. Metoda nu necesită ca executantul direct să aibă o stație de bază (receptor de referință) și/sau un semnal de la sateliții sistemelor de corecție diferențială. [2] [3] .
Principiul de funcționare se bazează pe diferența de fază a frecvențelor purtătoare L1 și L2 și pe EVI (Ephemeris Time Information ) astfel încât PPP se bazează pe două surse comune de informații: observațiile directe ale EVI [4] [5] .
Metoda PPP diferă de metoda relativă a determinărilor prin satelit prin faptul că corecțiile se fac la parametrii orbitelor și a ceasurilor, și nu la măsurătorile fazelor semnalelor purtătoare radio ale sateliților GNSS. Este similară cu metoda absolută a definițiilor [6] .
Datele de fază sunt date pe care receptorul le primește singur. O observație directă pentru receptor este „fază purtătoare”, adică nu numai mesajul de sincronizare codificat în semnalul GNSS, ci și dacă forma de undă a acelui semnal este „sus” sau „jos” la un moment dat. Fazele pot fi considerate ca fiind numerele după virgulă zecimală în numărul de unde dintre un anumit satelit GNSS și receptor. În sine, măsurarea fazei nu poate oferi nici măcar o poziție aproximativă, dar odată ce alte metode au restrâns estimarea poziției la un diametru corespunzător unei singure lungimi de undă (aproximativ 20 cm), informațiile de fază pot rafina estimarea.
O altă observație directă importantă este „întârzierea diferențială” dintre semnalele GNSS de diferite frecvențe L1 și L2. Deoarece principala sursă de eroare în determinarea poziției satelitului este eroarea ionosferică. Semnalele de diferite frecvențe încetinesc în ionosferă cu cantități diferite. Măsurând diferența de întârzieri între semnale de frecvențe diferite, software-ul receptorului (sau post-procesarea ulterioară) poate simula și elimina întârzierea (corectă) la orice frecvență.
EVI (ephemeris-temporal information) - informații care conțin corecții la efemeride și ora ceasului de bord al sateliților de navigație, este calculată din rezultatele observațiilor prin satelit efectuate de stații de recepție a semnalelor GNSS permanente la sol cu coordonate precis cunoscute [5] .
Informațiile efemeride sunt coordonatele exacte ale sateliților aflați pe orbită. Observații (monitorizarea constelației de sateliți) efectuate de IGS și alte organizații publice și private cu rețele globale de stații terestre. Navigația prin satelit funcționează pe principiul că pozițiile sateliților sunt cunoscute în orice moment, dar în practică nu este cazul: micrometeoriți, modificări ale presiunii radiației solare etc. afecta calea de zbor. În consecință, orbitele nu sunt complet previzibile. Efemeridele difuzate de sateliți sunt în esență predicții timpurii. Observațiile reale ale locului în care au fost localizați sateliții pot fluctua cu câțiva metri pe parcursul mai multor ore. Astfel, este posibil să se calculeze eroarea locației reale și așteptate a satelitului și să se introducă o corecție pentru aceeași valoare.
Informații temporare - conține date despre întârzierea ceasului satelitului.
Într-un mod simplist, EVI și utilizarea ulterioară a acestuia este o soluție de rezecție, dar cu o mai bună acuratețe a coordonatelor punctelor de plecare (în acest caz, efemeridele) și o scară de timp redusă (care permite calculul mai precis al pseudointervalelor) [ 7] .
Informațiile despre EVI sub formă de fișiere separate sunt formate în centrele internaționale de servicii pentru prelucrarea datelor de observare GNSS și furnizate utilizatorilor din diverse țări prin resurse specializate de internet (SOPAC - Scripps Orbit and Permanent Array Center și IGS ). Fișierul conține valorile exacte ale corecțiilor efemeridelor și ale ceasului satelitului, informații despre întârzierea semnalului satelitului în ionosferă și troposferă etc. [2] . Durata observațiilor prin satelit la punct trebuie să fie de cel puțin o jumătate de oră, în caz contrar nu este posibilă postprocesarea datelor brute și a fișierului de corecție.
Fișierele de efemeride și corecții ale ceasurilor sateliților de navigație colectate de la peste 400 de stații și furnizate printr-un serviciu de rețea pot arăta astfel:
— Expected (Predicted), conform căruia este posibilă procesarea în timp real a rezultatelor măsurătorilor prin metoda PPP;
- Rapid (Rapid), disponibil după o perioadă de câteva ore până la două zile (post-procesare a rezultatelor măsurătorilor);
— Final (final), disponibil în 2-3 săptămâni (post-procesare a rezultatelor măsurătorilor). [3] .
Pentru a determina coordonatele locației folosind metoda PPP, este suficient să existe date de la mai multe stații situate la nivel global, la o distanță reciprocă de 1000-2000 km [6] .
Metoda PPP este adesea confundată cu metodele relative (cvasi-diferențiale) de geodezie spațială (statică, cinematică, stop & go, și mai ales RTK) datorită faptului că compoziția informațiilor inițiale este aceeași ca în metodele relative: efemeride. și scala de timp la bord. Spre deosebire de PPP, RTK nu implică post-procesare și nu necesită cunoștințe despre corecțiile exacte ale orbitelor sateliților și ale ceasurilor de la bord, folosește măsurători de fază în timp real. În metoda PPP, toate informațiile de corecție sunt a posteriori, adică sunt obținute ca urmare a observării constelației de sateliți de către unul sau o rețea de receptoare GNSS de referință cu coordonate cunoscute și implementate de serviciul de poziționare de precizie.
De asemenea, metoda PPP diferă semnificativ de sistemele de tip SBAS , atât ca acoperire, suprafață acoperită, cât și ca modalitate de transmitere a corecțiilor. În metoda de tip SBAS, erorile sunt diferențiate folosind una sau mai multe stații de bază la sol cu poziții exact cunoscute (coordonate geografice în sistemul global WGS84, PZ-90 etc.) și transmise (retransmise) prin sateliți de comunicații, spre deosebire de PPP, în care informațiile despre modificări sunt localizate pe server și transmise printr-un canal de comunicație terestră (linii FOCL sau GSM). Metoda PPP, ca și sistemele de tip SWAS, nu prevede acoperirea regională a sistemelor de coordonate plate (MSC-SRF).
Principala diferență dintre PPP și cinematica în timp real (RTK) este că PPP nu necesită acces la date de observație de la una sau mai multe stații de bază distanțate și că PPP implementează poziționarea pseudo-absolută în loc de determinarea relativă de la o stație de referință în RTK. . Ceea ce diferențiază metoda PPP de soluțiile RTK exclusive (locale), în care un alt receptor (de referință) servește drept sursă de corecții, modemul radio este canalul de comunicație, iar sistemele de coordonate sunt de obicei plate regionale și/sau condiționate, limitate de puterea modemului radio pe o rază de 2-3 km .
Motivul confuziei este de obicei asemănarea metodelor de transmitere a corecțiilor în noile metode de poziționare bazate pe metoda cinematicii în timp real (RTK) , în care sursa corecțiilor este un serviciu de rețea disponibil local, canalul de comunicație (transmisia corecțiilor). ) este aceleași rețele de format GSM (Internet mobil prin SIM).hartă), precum și prezența stațiilor de referință de bază situate destul de dens (la fiecare 50 km). Acest lucru se datorează acoperirii constelației totale de sateliți cu o rază de 20-30 km. Pentru metoda PPP, densitatea stațiilor de bază este mult mai mică și se ridică la 12 stații pentru întreg teritoriul Rusiei. Gama metodică de recepție a corecțiilor metodei PPP este practic nelimitată. Eficiența metodei atunci când se utilizează un receptor cu o singură frecvență este mult (de un ordin de mărime) mai mică, dar în interesul reducerii costului echipamentului final, este luată în considerare pentru aplicare practică. Eliminarea erorilor troposferice se realizează conform modelului, erorile ionosferice datorate recepției cu două frecvențe [8] .
| cale | PPP | SBAS | RTK | Rețea RTK (rețele RTK) | PPP în timp real |
|---|---|---|---|---|---|
| Acoperire | Global | Global | Local (2 km de stația de bază) | Regional (20-30 km de la stația de bază) | Global |
| Modul de transmitere a amendamentelor | Fișierul de corecție a fost generat | semnal radio | semnal radio | GSM | Semnal GSM/Radio |
| Sursa amendamentelor | Server global | Sateliți de comunicații | receptor de referință cu modem radio | Server local | Server global/satelit de comunicații |
| sistem de coordonate | numai WGS84 (gr. geografic min. sec) | PZ-90, WGS84 etc. (gr. geografic min. sec) | condiționată (metrică dreptunghiulară) | MSK-RF (metric dreptunghiular) | numai WGS84 (gr. geografic min. sec) |
| colectare de informații | rețea de receptor de referință | Segment de sol GNSS | receptor de referință (1 stație de bază) | rețeaua de stații de referință de bază | rețea de receptor de referință |
| Operator | Companie privata | Stat (reprezentat de Ministerul Apărării) | Persoană privată | Companie privata | Companie privata |
| informație | EVI | EVI | fază | fază | EVI |
Modelare: Întârzierea troposferică este corectată folosind modelul UNB dezvoltat de Universitatea din New Brunswick. Cu toate acestea, o mare parte din întârzierea troposferică este foarte variabilă și nu poate fi modelată cu suficientă precizie. Simularea este, de asemenea, utilizată în receptorul PPP pentru a corecta efectele de ondulare [9] .
În prezent, se știe implementarea metodei PPP fără rezoluția ambiguității întregi a măsurătorilor pseudo-fază (Float PPP), cu rezoluția ambiguității întregi a măsurătorilor pseudo-fază (PPP-AR sau Interger PPP), folosind corecții atmosferice suplimentare în zona locală ( PPP-RTK) și modul în timp real cu efemeride rafinate și model de compensare a ceasului (RT-PPP) [6] .
PPP (Float PPP) — O metodă standard pentru poziționarea absolută de înaltă precizie. Precizia de poziționare de 1-3 cm este disponibilă după 6-12 ore de observare și prelucrarea ulterioară a măsurătorilor. În același timp, EVI-ul final de la Serviciul GNSS Internațional (IGS), care oferă precizia specificată, este disponibil la doar 2 săptămâni după măsurători. Acest timp de așteptare este inacceptabil pentru o serie de aplicații practice [1] .
PPP-AR (Integer PPP) sau Metoda de poziționare absolută de înaltă precizie cu rezoluție a ambiguității întregi pentru măsurători pseudo-fază [10] . În esență, este o combinație de metode PPP și PPK . Precizia măsurătorilor folosind un sistem GNSS este de 7-10 mm în poziția planificată și 33 mm în poziția verticală pentru PPP și 5-6 mm în poziție orizontală și 28 mm în poziția verticală pentru PPP-AR. [11] . Precizia indicată este disponibilă numai la 2 săptămâni după măsurare. În același timp, precizia obținută prin metoda PPK variază de la 0,01 m +/-0,5 ppm mm în vedere în plan până la 0,02 m +/-1,0 ppm în înălțime cu o rază maximă de acoperire de PPK , la 25 -30 km de la bază [12] .
PPP-RTK — Metodă de poziționare absolută de înaltă precizie cu rezoluție a ambiguității întregi a măsurătorilor pseudo-fază și utilizarea corecțiilor atmosferice în zona locală [10] RTK și PPP se completează reciproc.-informații temporale. Este implementat printr-un flux de amendamente în formatul RTCM-SSR (State Space Representation). Situația este exact aceeași ca și în metoda PPP-AR (Integer PPP). Îmbunătățirea orizontală a PPP-RTK față de o soluție PPP este de 6% până la 27% pe orizontală și 2% până la 8% pe verticală. Cercetătorii și furnizorii de servicii combină PPP și RTK în încercarea de a profita de ambele tehnologii. Conceptul PPP-RTK este de a completa o tehnologie cu alta. Distingerea corecțiilor atmosferice și a ceasurilor satelitului și a efemeridelor din rețeaua RTK. Această rețea este cea mai precisă în apropierea fiecărei stații de bază (unde sunt generate datele), iar pe măsură ce roverul se îndepărtează, calitatea corecțiilor se deteriorează, rezultând timpi mai lungi și corecții mai proaste. De îndată ce roverul părăsește zona RTK, PPP este activat. Alături de ceasuri precise ale satelitului, orbite și schimbări de fază, sunt introduse corecții de întârziere ionosferică și troposferică, permițându-le să efectueze dezambiguizarea întregului și să atingă o precizie la nivel de centimetru într-un timp semnificativ mai puțin. PPP-RTK utilizează o infrastructură deja stabilită (RTK-Networks). Timpii de convergență sunt de obicei de 1-10 minute, dar în condiții ideale pot fi atinși în secunde. [13] [14] [15] .
RT-PPP (Real Time PPP) - metoda folosește fluxuri EVI pentru a aplica în timp real același tip de corecție ca și în post-procesare. Pentru a lucra în modul PPP în timp real, este necesară o sursă de informații corective într-un format special. Sursa pot fi servicii cu plată (RTX, TerraStar, etc.) și/sau proiecte publicate: APPS, NASA și JPL [7] PPP extinde acoperirea roverului la o distanță de 1000-2000 km de la cele mai apropiate stații de corecție menținând o precizie de 4 - 40 cm (40 cm la inițializare <5 minute, apoi precizia crește doar și devine mai mică de 10 cm în 20 - 40 de minute [6] . În cazul serviciului TerraStar, corecțiile generate sunt transmise utilizatorilor finali folosind Sateliți de telecomunicații Inmarsat [ 16] .
Trebuie remarcat faptul că un standard PPP în timp real nu a fost încă definit, dar eforturile de standardizare sunt făcute de Comisia specială 104 a Comisiei Tehnice Radio pentru Servicii Maritime (RTCM). [17]
În paralel cu metoda PPP, a fost dezvoltată metoda Cinematică Post Processing.
Serviciul de furnizare (CI) de informații corective, de regulă, constă într-o rețea de stații de observare la sol dispersate care monitorizează și primesc continuu semnale GNSS prin satelit, centre de calcul pentru procesarea informațiilor prin satelit și canale de comunicație pentru CI către consumatori. Pe baza metodei PPP, în lume au fost deja create multe servicii științifice și comerciale, precum MADOCA, Magic GNSS, CNES PPP-Wizard Project, VERIPOS Apex, NavCom Star Fire, Trimble RTX, implementate de companiile străine FUGRO, NavCom, Trimble, TerraStar, Leica, NovAtel și agențiile spațiale JAXA (Japonia). Informațiile corective sunt aduse consumatorului folosind sateliți de comunicații, de obicei geostaționari, care transmit informații în banda L (1525-1560 MHz) și prin Internet. Întârzierea totală de sosire EVI este de 15-20 de secunde, precizia efemeridelor este la nivelul erorilor rădăcină pătratică medie de 5-7 cm, corecții de ceas - 5 ns [6] .
Monitorizarea și determinarea (redefinirea) coordonatelor stațiilor de bază ale segmentelor terestre și spațiale [18] .
Fixarea lucrărilor geologice și geofizice în zone greu accesibile [3] .
Introducerea corecțiilor pentru măsurători cvasi-diferențiale.
Serviciile PPP sunt folosite și în sondaje offshore, pentru monitorizarea platformelor offshore în timpul exploatării miniere, pentru conducerea tractoarelor și combinelor în agricultură [6] .
Poziționarea precisă este din ce în ce mai utilizată în domenii precum robotică, navigație autonomă, agricultură, construcții și minerit.
În viitor, poate fi utilizat atunci când se specifică locația în serviciile cartografice de căutare și informații globale, cum ar fi Yandex.Maps și altele. Și, de asemenea, în navigatoarele auto (care vor evita poziționarea „pe partea cealaltă a străzii”).
Actualii furnizori instituționali de servicii PPP/PPP-RTK sunt Japonia (QZSS) la nivel regional, China (BDS) la nivel regional, UE (Galileo) la nivel global, Australia/Noua Zeelandă (SouthPAN) la nivel regional și Rusia (GLONASS) la nivel global. Serviciile PPP de la SouthPAN și GLONASS sunt în curs de dezvoltare.
Principalele dezavantaje ale PPP, în comparație cu metodele GNSS tradiționale, sunt că necesită mai multă putere de calcul, necesită un flux extern de corecție a efemeridelor și durează ceva timp pentru a ajunge la precizia deplină. Acest lucru îl face relativ neatractiv pentru aplicațiile de urmărire a flotei și a aviației, unde nu este solicitată acuratețea sub centimetru, iar în cazul unei urgențe, secundele contează. Pentru toate metodele DGPS, regula este că cu cât distanța de la stația de bază este mai mare, cu atât eroarea este mai mare. [7] .
| Sisteme de navigație | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satelit |
| ||||||
| Sol | |||||||
| Sisteme de corecție diferențială | |||||||