PPP ( englanniksi Precise Point Positioning - kirjaimellisesti "high-precision positioning") - menetelmä saada korkean tarkkuuden koordinaatit (tasossa ja korkeudessa) senttimetritarkkuudesta maastossa käyttämällä globaaleja satelliittinavigointijärjestelmiä (GNSS) saamalla korjauksia kiertoradan efemeridiin ja kaikkien näkyvien NCA :n kellot verkkokorjausten lähteestä.
Venäjänkielisessä kirjallisuudessa se löytyy High Precision location tai High Precision location in absoluuttisessa tilassa [1] .
PPP on yksi DGPS -menetelmistä , ja NovAtel (Kanada) sen kehitti vuonna 2005 vaihtoehtoiseksi menetelmäksi koordinaattien korjaamiseen WGS-84-järjestelmässä. Menetelmä ei vaadi suoralta suorittajalta tukiasemaa (referenssivastaanotinta) ja/tai signaalia differentiaalisen korjausjärjestelmän satelliiteista. [2] [3] .
Toimintaperiaate perustuu kantoaaltotaajuuksien L1 ja L2 vaihe-eroon ja EVI:hen (Ephemeris Time Information ), joten PPP luottaa kahteen yleiseen tietolähteeseen: EVI:n suoriin havaintoihin [4] [5] .
PPP-menetelmä eroaa suhteellisesta satelliittimääritysmenetelmästä siinä, että korjaukset tehdään kiertoradan ja kellojen parametreihin, ei GNSS-satelliittien radiokantoaaltosignaalien vaihemittauksiin. Se on samanlainen kuin absoluuttinen määritelmien menetelmä [6] .
Vaihetiedot ovat tietoja, jotka vastaanotin vastaanottaa itsestään. Yksi suora havainto vastaanottimelle on "kantoaaltovaihe", eli ei vain GNSS-signaaliin koodattu synkronointiviesti, vaan myös se, onko kyseisen signaalin aaltomuoto "ylös" vai "alas" tietyllä hetkellä. Vaiheet voidaan ajatella desimaalipilkun jälkeisinä lukuina tietyn GNSS-satelliitin ja vastaanottimen välisten aaltojen lukumäärässä. Vaihemittauksella ei sinänsä pysty antamaan edes likimääräistä sijaintia, mutta kun muut menetelmät ovat kaventaneet sijaintiestimaatin yhtä aallonpituutta vastaavaan halkaisijaan (noin 20 cm), vaiheinformaatio voi tarkentaa estimaattia.
Toinen tärkeä suora havainto on "differentiaalinen viive" eri L1- ja L2-taajuuksilla olevien GNSS-signaalien välillä. Koska pääasiallinen virhelähde satelliitin sijainnin määrittämisessä on ionosfäärivirhe. Eritaajuiset signaalit hidastuvat ionosfäärissä eri määriä. Mittaamalla eri taajuuksien signaalien väliset viiveet, vastaanotinohjelmisto (tai myöhempi jälkikäsittely) voi simuloida ja poistaa viiveen (oikein) millä tahansa taajuudella.
EVI (ephemeris-temporal information) - tiedot, jotka sisältävät korjauksia efemeridiin ja navigointisatelliittien kellon kellon aikaan, lasketaan satelliittihavaintojen tuloksista, jotka on suoritettu maassa sijaitsevien pysyvien GNSS-signaalin vastaanottoasemien tarkalla koordinaatilla [5] .
Efemeriditiedot ovat kiertoradalla olevien satelliittien tarkat koordinaatit. IGS:n ja muiden julkisten ja yksityisten organisaatioiden suorittamat havainnot (satelliitin konstellaatioiden seuranta), joilla on maailmanlaajuiset maa-asemaverkostot. Satelliittinavigointi toimii periaatteella, että satelliittien sijainnit tiedetään milloin tahansa, mutta käytännössä näin ei ole: mikrometeoriitit, auringon säteilypaineen muutokset jne. vaikuttaa lentorataan. Näin ollen kiertoradat eivät ole täysin ennustettavissa. Satelliittien lähettämät efemeridit ovat pohjimmiltaan varhaisia ennusteita. Todelliset havainnot satelliittien sijainnista voivat vaihdella useita metrejä useiden tuntien aikana. Siten on mahdollista laskea satelliitin todellisen ja odotetun sijainnin virhe ja tehdä korjaus samalle arvolle.
Väliaikaiset tiedot - sisältää tiedot satelliitin kellon viiveestä.
Yksinkertaistetusti EVI ja sen myöhempi käyttö on resektioratkaisu, mutta paremmalla aloituspisteiden (tässä tapauksessa efemeridin) koordinaattien tarkkuudella ja pienemmällä aikaskaalalla (mikä mahdollistaa pseudoetäisyyksien tarkemman laskennan) [ 7] .
Tiedot EVI:stä erillisinä tiedostoina muodostetaan kansainvälisissä palvelukeskuksissa GNSS-havaintotietojen käsittelyä varten ja toimitetaan eri maiden käyttäjille Internetin erikoisresurssien kautta (SOPAC - Scripps Orbit and Permanent Array Center ja IGS ). Tiedosto sisältää tarkat efemeridi- ja satelliittikellokorjausten arvot, tiedot satelliittisignaalin viiveestä ionosfäärissä ja troposfäärissä jne. [2] . Satelliittihavaintojen keston pisteessä tulee olla vähintään puoli tuntia, muuten raakatietojen ja korjaustiedoston jälkikäsittely ei ole mahdollista.
Yli 400 asemalta kerätyt ja verkkopalvelun kautta toimitetut efemeriditiedostot ja navigointisatelliittien kellojen korjaukset voivat näyttää tältä:
— Odotettu (ennustettu), jonka mukaan on mahdollista käsitellä mittaustuloksia PPP-menetelmällä reaaliajassa;
- Nopea (nopea), saatavana useista tunnista kahteen päivään (mittaustulosten jälkikäsittely);
— Lopullinen (Final), saatavilla 2-3 viikossa (mittaustulosten jälkikäsittely). [3] .
Sijainnin koordinaattien määrittämiseen PPP-menetelmällä riittää, että on tietoja useilta globaalisti sijaitsevilta asemilla, jotka sijaitsevat 1000-2000 km:n etäisyydellä [6] .
PPP-menetelmä sekoitetaan usein suhteellisiin (quasi-differentiaalisiin) avaruusgeodesian menetelmiin (statiikka, kinematiikka, stop & go ja erityisesti RTK), koska lähtöinformaation koostumus on sama kuin suhteellisissa menetelmissä: efemeridi ja laivan aika-asteikolla. Toisin kuin PPP, RTK ei sisällä jälkikäsittelyä eikä vaadi tietoa satelliittien kiertoradan ja laivan kellojen tarkoista korjauksista, vaan se käyttää reaaliaikaisia vaihemittauksia. PPP-menetelmässä kaikki korjausinformaatio on jälkikäteen, eli se saadaan yhden tai tunnetuilla koordinaatilla varustettujen referenssi-GNSS-vastaanottimien verkoston ja tarkkuuspaikannuspalvelun toteuttaman satelliittikonstellaatiohavainnon tuloksena.
Lisäksi PPP-menetelmä eroaa merkittävästi SBAS-tyyppisistä järjestelmistä sekä peiton, peitetyn alueen että korjausten lähetystavan suhteen. SBAS-tyyppisessä menetelmässä virheet erotetaan käyttämällä yhtä tai useampaa maatukiasemaa, joilla on tarkalleen tiedossa olevat sijainnit (maantieteelliset koordinaatit globaalissa järjestelmässä WGS84, PZ-90 jne.) ja lähetetään (uudelleenlähetetään) viestintäsatelliittien kautta, toisin kuin PPP. jossa tiedot muutoksista lokalisoidaan palvelimelle ja välitetään maanpäällisen viestintäkanavan (FOCL- tai GSM-linjat) kautta. PPP-menetelmä, kuten SWAS-tyyppiset järjestelmät, ei tarjoa tasaisten koordinaattijärjestelmien (MSC-SRF) alueellista kattavuutta.
Suurin ero PPP:n ja reaaliaikakinematiikan (RTK) välillä on se, että PPP ei vaadi pääsyä havainnointitietoihin yhdeltä tai useammalta lähekkäin sijaitsevalta tukiasemalta ja että PPP toteuttaa näennäisabsoluuttisen paikantamisen suhteellisen määrityksen sijasta vertailuasemalta RTK:ssa. . Mikä erottaa PPP-menetelmän eksklusiivisista (paikallisista) RTK-ratkaisuista, joissa toinen (referenssi)vastaanotin toimii korjausten lähteenä, radiomodeemi on viestintäkanava ja koordinaattijärjestelmät ovat yleensä tasaisia alueellisia ja/tai ehdollisia, joita rajoittaa radiomodeemin teho 2-3 km säteellä.
Syynä hämmennykseen on yleensä korjausten lähetysmenetelmien samankaltaisuus uusissa reaaliaikakinematiikka (RTK) -menetelmään perustuvissa paikannusmenetelmissä, joissa korjausten lähteenä on paikallisesti saatavilla oleva verkkopalvelu, viestintäkanava (korjausten siirto). ) on samat GSM-muodon verkot (mobiili-Internet SIM-kortin kautta). kartta), samoin kuin tukiasemien läsnäolo melko tiheästi (50 km välein). Tämä johtuu 20-30 km säteellä olevien satelliittien kokonaiskonstellaatiosta. PPP-menetelmässä tukiasemien tiheys on paljon pienempi ja on 12 asemaa koko Venäjän alueella. PPP-menetelmän korjausten vastaanottoalue on käytännössä rajaton. Menetelmän tehokkuus yksitaajuista vastaanotinta käytettäessä on paljon (suuruusluokkaa) pienempi, mutta loppulaitteiston kustannusten pienentämiseksi sitä harkitaan käytännössä. Troposfäärivirheen eliminointi suoritetaan mallin mukaan, kaksitaajuisesta vastaanotosta johtuvat ionosfäärivirheet [8] .
| tapa | PPP | SBAS | RTK | Verkko RTK (RTK Networks) | Reaaliaikainen PPP |
|---|---|---|---|---|---|
| Kattavuus | Maailmanlaajuinen | Maailmanlaajuinen | Paikallinen (2 km tukiasemalta) | Alueellinen (20-30 km tukiasemalta) | Maailmanlaajuinen |
| Muutosten lähetystapa | Korjaustiedosto luotu | radiosignaali | radiosignaali | GSM | GSM/radiosignaali |
| Muutosten lähde | Maailmanlaajuinen palvelin | Viestintäsatelliitti | referenssivastaanotin radiomodeemilla | Paikallinen palvelin | Maailmanlaajuinen palvelin/viestintäsatelliitti |
| koordinaattijärjestelmä | vain WGS84 (maantieteellinen gr. min. sek) | PZ-90, WGS84 jne. (maantieteellinen gr. min. sek) | ehdollinen (suorakulmainen metriikka) | MSK-RF (suorakulmainen metriikka) | vain WGS84 (maantieteellinen gr. min. sek) |
| tiedon kerääminen | referenssivastaanotinverkko | GNSS maasegmentti | referenssivastaanotin (1 tukiasema) | tukiasemien verkko | referenssivastaanotinverkko |
| Operaattori | Yksityisyritys | Valtio (edustaa puolustusministeriö) | Yksityishenkilö | Yksityisyritys | Yksityisyritys |
| Tiedot | EVI | EVI | vaihe | vaihe | EVI |
Mallinnus: Troposfäärin viive korjataan New Brunswickin yliopiston kehittämällä UNB-mallilla. Suuri osa troposfäärin viiveestä on kuitenkin erittäin vaihteleva, eikä sitä voida mallintaa riittävällä tarkkuudella. Simulaatiota käytetään myös PPP-vastaanottimessa aaltoiluefektien korjaamiseen [9] .
Tällä hetkellä tunnetaan PPP-menetelmän toteuttaminen ilman pseudovaihemittausten kokonaislukuerottelua (Float PPP) pseudovaihemittausten kokonaislukuerotuksella (PPP-AR tai Interger PPP) käyttämällä lisäilmakehän korjauksia paikallisella alueella ( PPP-RTK) ja moodi reaaliaikainen jalostetulla efemeridi- ja kellopoikkeamamallilla (RT-PPP) [6] .
PPP (Float PPP) — Vakiomenetelmä erittäin tarkkaan absoluuttiseen paikannukseen. Paikannustarkkuus 1-3 cm on saatavilla 6-12 tunnin havainnoinnin ja sitä seuraavan mittausten käsittelyn jälkeen. Samaan aikaan kansainvälisen GNSS-palvelun (IGS) lopullinen EVI, joka antaa määritellyn tarkkuuden, on saatavilla vasta 2 viikkoa mittausten jälkeen. Tätä odotusaikaa ei voida hyväksyä useissa käytännön sovelluksissa [1] .
PPP-AR (Integer PPP) tai High Accuracy Absolute Positioning Method with Integer Empiguity Resolution Pseudo-Phase Measurements [10] . Pohjimmiltaan se on yhdistelmä PPP- ja PPK -menetelmiä . Mittaustarkkuus yhdellä GNSS-järjestelmällä on 7-10 mm suunnitellussa asennossa ja 33 mm pystyasennossa PPP:llä ja 5-6 mm vaaka-asennossa ja 28 mm pystyasennossa PPP-AR:lla. [11] . Ilmoitettu tarkkuus on saatavilla vasta 2 viikkoa mittauksen jälkeen. Samanaikaisesti PPK -menetelmällä saavutettu tarkkuus vaihtelee 0,01 m +/-0,5 ppm mm tasosta 0,02 m +/-1,0 ppm korkeuteen maksimipeittoalueella PPK , 25 -30 km pohjasta. [12] .
PPP-RTK — Korkean tarkkuuden absoluuttinen paikannusmenetelmä, jossa pseudovaihemittausten kokonaislukuerottelu ja ilmakehän korjausten käyttö paikallisen alueen sisällä [10] RTK ja PPP täydentävät toisiaan -aikatieto. Se toteutetaan RTCM-SSR (State Space Representation) -muodossa tehtyjen muutosten avulla. Tilanne on täsmälleen sama kuin PPP-AR (Integer PPP) -menetelmässä. PPP-RTK:n horisontaalinen parannus PPP-ratkaisuun verrattuna on 6–27 % vaakatasossa ja 2–8 % vertikaalisesti Tutkijat ja palveluntarjoajat yhdistävät PPP:tä ja RTK:ta yrittääkseen hyödyntää molempia teknologioita. PPP-RTK:n ideana on täydentää yhtä teknologiaa toisella. Ilmakehän korjausten ja satelliittikellojen ja efemeridien korjausten erottaminen RTK-verkosta. Tämä verkko on tarkin jokaisen tukiaseman lähellä (jossa data tuotetaan), ja kun rover siirtyy pois, korjausten laatu heikkenee, mikä johtaa pidempiin aikoihin ja huonompiin korjauksiin. Heti kun rover lähtee RTK-alueelta, PPP aktivoituu. Tarkkojen satelliittikellojen, kiertoratojen ja vaihesiirtojen ohella otetaan käyttöön ionosfäärin ja troposfäärin viivekorjaukset, joiden avulla ne voivat tehdä kokonaislukujen yksiselitteistämisen ja saavuttaa senttimetritason tarkkuuden huomattavasti lyhyemmässä ajassa. PPP-RTK käyttää jo vakiintunutta infrastruktuuria (RTK-Networks). Konvergenssiajat ovat tyypillisesti 1-10 minuuttia, mutta ihanteellisissa olosuhteissa se voidaan saavuttaa sekunneissa. [13] [14] [15] .
RT-PPP (Real Time PPP) - menetelmä käyttää EVI-virtoja soveltamaan reaaliajassa samantyyppistä korjausta kuin jälkikäsittelyssä. Reaaliaikaisessa PPP-tilassa työskentelyyn tarvitaan korjaavien tietojen lähde erityisessä muodossa. Lähteenä voivat olla maksulliset palvelut (RTX, TerraStar jne.) ja/tai julkaistut projektit: APPS, NASA ja JPL [7] PPP laajentaa roverin kattavuuden 1000-2000 km:n etäisyydelle lähimmistä korjausasemista säilyttäen tarkkuuden 4 - 40 cm (40 cm alustuksessa <5 minuuttia, sitten tarkkuus vain kasvaa ja jää alle 10 cm:ksi 20 - 40 minuutissa [6] . TerraStar-palvelun tapauksessa generoidut korjaukset välitetään loppukäyttäjille käyttämällä Inmarsat-televiestintäsatelliitit [16] .
On huomattava, että reaaliaikaista PPP-standardia ei ole vielä määritelty, mutta RTCM:n (Radio Technical Commission for Maritime Services) erityiskomitea 104 tekee standardointitoimia .
Rinnakkain PPP-menetelmän kanssa kehitettiin Post Processing Kinematic -menetelmä.
Korjaavan tiedon tarjontapalvelu (CI) koostuu pääsääntöisesti hajautettujen maahavainnointiasemien verkostosta, jotka jatkuvasti tarkkailevat ja vastaanottavat GNSS-satelliittisignaaleja, satelliittitiedon käsittelyyn tarkoitetuista tietokonekeskuksista ja CI:n viestintäkanavista kuluttajille. PPP-menetelmän pohjalta maailmassa on jo luotu monia tieteellisiä ja kaupallisia palveluita, kuten MADOCA, Magic GNSS, CNES PPP-Wizard Project, VERIPOS Apex, NavCom Star Fire, Trimble RTX, ulkomaisten yritysten FUGRO, NavCom, toteuttamia, Trimble, TerraStar, Leica, NovAtel ja avaruustoimistot JAXA (Japani). Korjaavat tiedot tuodaan kuluttajalle yleensä geostationaarisilla viestintäsatelliiteilla, jotka välittävät tietoa L-kaistalla (1525-1560 MHz) ja Internetin kautta. Kokonais-EVI-saapumisviive on 15-20 sekuntia, efemeridin tarkkuus on 5-7 cm:n keskiarvovirheiden tasolla, kellokorjaukset - 5 ns [6] .
Maanpäällisten ja avaruussegmenttien tukiasemien koordinaattien valvonta ja määritys (uudelleenmäärittely) [18] .
Geologisten ja geofysikaalisten rakenteiden kiinnittäminen vaikeapääsyisillä alueilla [3] .
Kvasidifferentiaalimittausten korjausten käyttöönotto.
PPP-palveluita käytetään myös offshore-tutkimuksissa, offshore-lauttojen tarkkailuun kaivostoiminnan aikana, traktoreiden ja puimureiden ajamiseen maataloudessa [6] .
Tarkkaa paikannusta käytetään yhä enemmän esimerkiksi robotiikassa, autonomisessa navigoinnissa, maataloudessa, rakentamisessa ja kaivostoiminnassa.
Jatkossa sitä voidaan käyttää määritettäessä sijaintia globaaleissa haku- ja tietokartografisissa palveluissa, kuten Yandex.Maps ja muut. Ja myös autonavigaattoreissa (joka välttää sijoittamisen "kadun toiselle puolelle").
Nykyiset institutionaaliset PPP/PPP-RTK-palveluntarjoajat ovat Japani (QZSS) alueellisesti, Kiina (BDS) alueellisesti, EU (Galileo) maailmanlaajuisesti, Australia/Uusi-Seelanti (SouthPAN) alueellisesti ja Venäjä (GLONASS) maailmanlaajuisesti. SouthPANin ja GLONASSin PPP-palveluita kehitetään.
PPP:n tärkeimmät haitat perinteisiin GNSS-menetelmiin verrattuna ovat, että se vaatii enemmän laskentatehoa, vaatii ulkoisen efemeridikorjausvirran ja kestää jonkin aikaa saavuttaa täydellinen tarkkuus. Tämä tekee siitä suhteellisen epämiellyttävän laivaston ja lentoliikenteen seurantasovelluksissa, joissa alle senttimetrin tarkkuudella ei ole kysyntää, ja hätätilanteessa sekunneilla on merkitystä. Kaikissa DGPS-menetelmissä sääntö on, että mitä suurempi etäisyys tukiasemasta, sitä suurempi virhe. [7] .
| Navigointijärjestelmät _ | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satelliitti |
| ||||||
| Maadoitus | |||||||
| Differentiaalikorjausjärjestelmät | |||||||