以下文章来源于卫星导航国际期刊 ,作者李昕
Satellite Navigation 是中科院空天信息创新研究院主办的国际期刊。主编是北斗卫星导航系统副总设计师杨元喜院士。主要报道卫星导航技术与应用研究新成果。2020年在SpringerNature开放获取出版。欢迎关注和投稿。
标题:PPP-RTK综述:进展、挑战与机遇
作者:李星星,黄佳欣,李昕*,申志恒,韩俊杰,李林阳,王波
主题词:PPP-RTK;模糊度快速固定;多频多系统GNSS;智能设备;多源传感器融合
(图片来自作者)
Li, X. X., Huang, J. X., Li, X. et al. Review of PPP–RTK: achievements, challenges, and opportunities. Satell Navig 3, 28 (2022). https://doi.org/10.1186/s43020-022-00089-9
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The PPP-RTK method, which combines the concepts of Precise of Point Positioning (PPP) and Real-Time Kinematic (RTK), is proposed to provide a centimeter-accuracy positioning service for an unlimited number of users. Recently, the PPP-RTK technique is becoming a promising tool for emerging applications such as autonomous vehicles and unmanned logistics as it has several advantages including high precision, full flexibility, and good privacy.
This paper gives a detailed review of PPP-RTK focusing on its implementation methods, recent achievements as well as challenges and opportunities. The recent efforts and progress such as improving the performance of PPP-RTK by combining multi-GNSS and multi-frequency observations, single-frequency PPP-RTK for low-cost devices, and PPP-RTK for vehicle navigation are addressed. The main issues that impact PPP-RTK performance are highlighted and the new opportunities brought by the rapid development of low-cost markets, multiple sensors, and new-generation LEO navigation constellation are discussed.
本文亮点
1.系统介绍了PPP-RTK的模型、方法与应用,总结了相位小数偏差估计、精密大气增强改正数提取与建模、非差模糊度快速固定等关键技术的研究进展,概述了北斗三号精密单点定位服务(PPP-B2b)、QZSS-CLAS、伽利略HAS以及各大商业公司的PPP-RTK系统的建设情况和服务性能。
2.重点总结了PPP-RTK技术从单/双系统至多系统、从双频至多频、从后处理至实时车载导航应用的发展历程与最新进展。基于武汉大学测绘学院自主研发的GREAT(GNSS+ REsearch, Application and Teaching)软件,评估了PPP-RTK在不同应用场景下的定位性能。
3.讨论了现阶段PPP-RTK技术面临的挑战,包括电离层活跃、复杂地形条件下的高精度大气建模,城市环境下多路径与NLOS误差探测与识别,服务端与用户端完好性监测等。指出了新兴的低轨星座以及多传感器融合为PPP-RTK带来的机遇。
内容简介
PPP-RTK技术集成了传统精密单点定位(PPP)与实时动态定位(RTK)的优点,可为海量用户提供基于单接收机的实时快速厘米级位置服务。近年来,得益于服务范围广、精度高、隐私性好等优势,PPP-RTK已经成为自动驾驶、无人机、移动机器人等新兴应用领域的首选技术。本文从研究背景、国内外研究现状、模型与方法、最新研究进展以及发展前景等方面对PPP-RTK技术进行了综述。介绍了相位小数偏差估计、精密大气增强改正数提取与建模、非差模糊度快速固定等关键技术,概述了北斗三号精密单点定位服务(PPP-B2b)、QZSS-CLAS、伽利略HAS以及各大商业公司的PPP-RTK系统的建设情况和服务性能。重点总结了PPP-RTK技术从单/双系统至多系统、从双频至多频、从后处理至实时车载导航应用的发展历程与最新进展。最后,讨论了现阶段PPP-RTK技术面临的挑战与机遇。
图文导读
I PPP-RTK系统构成与服务流程
PPP-RTK系统主要由服务端和用户端两大部分组成。如图1所示,服务端接收全球参考站网的观测数据实现精密轨道、钟差、相位小数偏差等产品的估计、生成与播发;同时接收区域参考站网的观测数据,基于非差模糊度固定技术提取高精度大气增强改正信息并播发给用户。在用户端,接收到来自服务端的各类产品之后便可以实现基于单台接收机的快速精密定位。
II PPP-RTK增强系统建设
随着实时定位技术的快速发展,基于PPP-RTK模式的增强系统纷纷建立。在政府层面,日本首先基于QZSS系统建立了厘米级增强服务系统(CLAS)。该系统利用日本的密集地面参考网络生成GPS、Galileo和QZSS卫星的各类定位增强改正数,并通过QZSS卫星的L6频段广播播发,为日本及周边区域的用户提供一分钟内收敛的厘米级定位服务。中国新一代北斗三号系统以及欧盟的Galileo系统也计划建立各自的PPP-RTK增强系统。根据2019年发布的北斗卫星导航系统应用服务体系白皮书,北斗三号的PPP服务将利用GEO卫星的PPP-B2b信号播发各类增强改正数以实现不同精度和收敛时间的精密单点定位。系统的第二阶段计划结合地基参考站网提供的大气增强改正数来实现区域增强PPP-RTK服务。Galileo则规划了高精度服务(HAS)系统。该系统将通过Galileo E6-B信号和网络播发两种模式为用户提供覆盖全球的实时PPP服务和覆盖欧洲地区的PPP-RTK服务。
III 多系统PPP-RTK
考虑到多系统融合在提升卫星数目、改善几何构型等方面的优势,许多学者开始研究多系统融合的PPP-RTK方法。2015年,Ojidk等人首先实现了基于GPS和BDS双系统融合的PPP-RTK;Nadarajah等人则于2018年提出了融合GPS/Galileo/BDS三系统的PPP-RTK方法。此后,Ma和Li等人进一步将PPP-RTK方法拓展至GPS/GLONASS/Galileo/BDS四大卫星导航系统(Ma et al.2020; Li et al.2021a)。Li(2021a)等人的研究验证了多系统融合PPP-RTK在加快收敛速度、提升模糊度固定成功率和定位精度方面的优势,尤其是在观测条件受限的情况下。论文中通过设置不同的截止高度角模拟观测环境受限的场景,不同系统组合的单历元模糊度固定成功率如图3所示。随着截止高度角的不断升高,单系统PPP-RTK的模糊度固定成功率迅速下降,当截止高度角超过30°时,模糊度固定率已不足50%;与之相反的,四系统融合PPP-RTK方案的固定率始终保持在98%以上。结果表明相较于单系统,多系统融合PPP-RTK可以显著提升模糊度固定成功率从而保障定位服务的稳定性。
图 6 PPP-RTK、PPP-RTK/MEMS、PPP-RTK/TINS、PPP-RTK/MEMS/Vision组合定位序列比较。
图 7 800千米尺度参考网情况下的低轨增强PPP-RTK仿真定位结果。
参考文献