PPP ( anglicky Precise Point Positioning - doslova "high-precision positioning") - metoda pro získání vysoce přesných souřadnic (v půdorysu a výšce) centimetru přesného terénu pomocí globálních navigačních satelitních systémů (GNSS) získáním korekcí efemerid oběžné dráhy. a palubní hodiny všech viditelných NCA ze síťového zdroje korekcí.
V ruskojazyčné literatuře se vyskytuje jako Vysoce přesné umístění nebo Vysoce přesné umístění v absolutním režimu [1] .
PPP je jednou z metod DGPS a byla vyvinuta společností NovAtel (Kanada) v roce 2005 jako alternativní metoda pro opravu souřadnic v systému WGS-84. Metoda nevyžaduje, aby přímý realizátor měl základnovou stanici (referenční přijímač) a/nebo signál ze satelitů systémů diferenciální korekce. [2] [3] .
Princip činnosti je založen na fázovém rozdílu nosných frekvencí L1 a L2 a EVI (Ephemeris Time Information ), takže PPP se opírá o dva společné zdroje informací: přímá pozorování EVI [4] [5] .
Metoda PPP se liší od relativní metody určování družic v tom, že se korekce provádějí na parametry drah a hodin, a nikoli na měření fází rádiových nosných signálů družic GNSS. Je podobná absolutní metodě definic [6] .
Fázová data jsou data, která přijímač přijímá sám. Jedním přímým pozorováním pro přijímač je "fáze nosné", tj. nejen synchronizační zpráva zakódovaná v signálu GNSS, ale také to, zda je tvar vlny tohoto signálu v daném okamžiku "nahoru" nebo "dolů". Fáze si lze představit jako čísla za desetinnou čárkou v počtu vln mezi daným GNSS satelitem a přijímačem. Fázové měření samo o sobě nemůže poskytnout ani přibližnou polohu, ale jakmile jiné metody zúží odhad polohy na průměr odpovídající jedné vlnové délce (asi 20 cm), informace o fázi mohou odhad zpřesnit.
Dalším důležitým přímým pozorováním je „diferenciální zpoždění“ mezi signály GNSS různých frekvencí L1 a L2. Protože hlavním zdrojem chyb při určování polohy satelitu je ionosférická chyba. Signály různých frekvencí se v ionosféře různě zpomalují. Měřením rozdílu zpoždění mezi signály různých frekvencí může software přijímače (nebo pozdější následné zpracování) simulovat a odstranit zpoždění (správně) na libovolné frekvenci.
EVI (efemeris-temporal information) - informace obsahující korekce efemeridy a času palubních hodin navigačních družic, se vypočítává z výsledků družicových pozorování prováděných pozemními stálými stanicemi pro příjem signálu GNSS s přesně známými souřadnicemi [5] .
Informace o efemeridách jsou přesné souřadnice satelitů na oběžné dráze. Pozorování (monitorování družicových konstelací) prováděná IGS a dalšími veřejnými a soukromými organizacemi s globální sítí pozemních stanic. Satelitní navigace funguje na principu, že polohy satelitů jsou známy kdykoli, ale v praxi tomu tak není: mikrometeority, změny tlaku slunečního záření atd. ovlivnit dráhu letu. V souladu s tím nejsou oběžné dráhy zcela předvídatelné. Efemeridy vysílané satelity jsou v podstatě rané předpovědi. Skutečná pozorování toho, kde se satelity nacházely, se mohou během několika hodin měnit o několik metrů. Je tak možné vypočítat chybu skutečné a očekávané polohy satelitu a zavést korekci na stejnou hodnotu.
Dočasná informace – obsahuje údaje o zpoždění satelitních hodin.
Zjednodušeně je EVI a její následné použití resekčním řešením, avšak s lepší přesností souřadnic výchozích bodů (v tomto případě efemerid) a zkráceným časovým měřítkem (což umožňuje přesnější výpočet pseudovzdáleností) [ 7] .
Informace o EVI ve formě samostatných souborů jsou tvořeny v mezinárodních servisních střediscích pro zpracování pozorovacích dat GNSS a poskytovány uživatelům z různých zemí prostřednictvím specializovaných internetových zdrojů (SOPAC - Scripps Orbit and Permanent Array Center a IGS ). Soubor obsahuje přesné hodnoty korekcí efemerid a satelitních hodin, informace o zpoždění satelitního signálu v ionosféře a troposféře atd. [2] . Délka satelitního pozorování v daném bodě musí být alespoň půl hodiny, jinak není možné následné zpracování nezpracovaných dat a korekčního souboru.
Soubory efemerid a korekcí hodin navigačních družic shromážděné z více než 400 stanic a poskytované prostřednictvím síťové služby mohou vypadat takto:
— Expected (Predicted), podle kterého je možné zpracovávat výsledky měření metodou PPP v reálném čase;
- Rychlé (Rapid), dostupné po několika hodinách až dvou dnech (následné zpracování výsledků měření);
— Final (Final), k dispozici za 2-3 týdny (následné zpracování výsledků měření). [3] .
Pro určení souřadnic polohy metodou PPP stačí mít data z více stanic umístěných globálně, ve vzájemné vzdálenosti 1000-2000 km [6] .
Metoda PPP je často zaměňována s relativními (kvazidiferenciálními) metodami vesmírné geodézie (statika, kinematika, stop & go a především RTK) z toho důvodu, že složení výchozí informace je stejné jako u relativních metod: efemeris a palubní časové měřítko. Na rozdíl od PPP RTK nezahrnuje postprocessing a nevyžaduje znalost přesných korekcí drah satelitů a palubních hodin, využívá fázová měření v reálném čase. V metodě PPP jsou všechny korekční informace aposteriorní, to znamená, že jsou získány jako výsledek pozorování družicové konstelace jedním nebo sítí referenčních GNSS přijímačů se známými souřadnicemi a implementované službou přesného určování polohy.
Metoda PPP se rovněž výrazně liší od systémů typu SBAS , a to jak pokrytím, pokrytou plochou, tak i způsobem přenosu korekcí. V metodě typu SBAS jsou chyby rozlišovány pomocí jedné nebo více pozemních základnových stanic s přesně známou polohou (geografické souřadnice v globálním systému WGS84, PZ-90 atd.) a přenášeny (retranslovány) prostřednictvím komunikačních satelitů, na rozdíl od PPP, ve kterém jsou informace o změnách lokalizovány na serveru a přenášeny prostřednictvím pozemního komunikačního kanálu (linky FOCL nebo GSM). Metoda PPP, stejně jako systémy typu SWAS, nezajišťuje regionální pokrytí plochých souřadnicových systémů (MSC-SRF).
Hlavní rozdíl mezi PPP a kinematikou v reálném čase (RTK) je v tom, že PPP nevyžaduje přístup k pozorovacím datům z jedné nebo více blízko umístěných základnových stanic a že PPP implementuje pseudoabsolutní určování polohy namísto relativního určování z referenční stanice v RTK. . Co odlišuje metodu PPP od exkluzivních (lokálních) řešení RTK, ve kterých jako zdroj korekcí slouží jiný (referenční) přijímač, rádiový modem je komunikačním kanálem a souřadnicové systémy jsou obvykle ploché regionální a/nebo podmíněné, omezené výkon rádiového modemu v okruhu 2-3 km .
Důvodem zmatku je obvykle podobnost metod pro přenos korekcí u nových metod určování polohy založených na metodě kinematiky v reálném čase (RTK) , ve které je zdrojem korekcí lokálně dostupná síťová služba, komunikační kanál (přenos korekcí). ) je stejná síť formátu GSM (mobilní internet přes SIM).mapa), stejně jako přítomnost základnových referenčních stanic umístěných poměrně hustě (každých 50 km). Je to dáno pokrytím celkové konstelace satelitů o poloměru 20-30 km. U metody PPP je hustota základnových stanic mnohem menší a činí 12 stanic pro celé území Ruska. Metodický rozsah příjmu korekcí metody PPP je prakticky neomezený. Účinnost metody při použití jednofrekvenčního přijímače je mnohem (řádově) nižší, ale v zájmu snížení nákladů na konečné zařízení se s ní počítá pro praktickou aplikaci. Eliminace troposférické chyby se provádí podle modelu, ionosférické chyby díky dvoufrekvenčnímu příjmu [8] .
| způsob | PPP | SBAS | RTK | Network RTK (RTK Networks) | PPP v reálném čase |
|---|---|---|---|---|---|
| Dosah | Globální | Globální | Místní (2 km od základní stanice) | Regionální (20-30 km od základní stanice) | Globální |
| Způsob předávání pozměňovacích návrhů | Vygenerován opravný soubor | rádiový signál | rádiový signál | GSM | GSM/rádiový signál |
| Zdroj pozměňovacích návrhů | Globální server | Komunikační satelit | referenční přijímač s rádiovým modemem | Místní server | Globální server/komunikační satelit |
| souřadnicový systém | pouze WGS84 (geografická gr. min. s) | PZ-90, WGS84 atd. (geografická gr. min. s) | podmíněné (obdélníková metrika) | MSK-RF (obdélníková metrika) | pouze WGS84 (geografická gr. min. s) |
| sběr informací | referenční síť přijímačů | Pozemní segment GNSS | referenční přijímač (1 základnová stanice) | síť základních referenčních stanic | referenční síť přijímačů |
| Operátor | Soukromá společnost | stát (zastoupený ministerstvem obrany) | Soukromá osoba | Soukromá společnost | Soukromá společnost |
| Informace | EVI | EVI | fáze | fáze | EVI |
Modelování: Troposférické zpoždění je korigováno pomocí modelu UNB vyvinutého na University of New Brunswick. Velká část troposférického zpoždění je však velmi variabilní a nelze ji modelovat s dostatečnou přesností. Simulace se také používá v přijímači PPP pro korekci vlnění [9] .
V současné době je známá implementace metody PPP bez celočíselného rozlišení nejednoznačnosti pseudofázových měření (Float PPP), s celočíselným nejednoznačným rozlišením pseudofázových měření (PPP-AR nebo Interger PPP), s využitím dodatečných atmosférických korekcí v rámci místní oblasti ( PPP-RTK) a režim v reálném čase s vylepšeným modelem efemerid a posunu hodin (RT-PPP) [6] .
PPP (Float PPP) — Standardní metoda pro vysoce přesné absolutní polohování. Přesnost polohování 1-3 cm je k dispozici po 6-12 hodinách pozorování a následném zpracování měření. Přitom finální EVI od International GNSS Service (IGS), který poskytuje specifikovanou přesnost, je k dispozici pouze 2 týdny po měření. Tato čekací doba je pro řadu praktických aplikací nepřijatelná [1] .
PPP-AR (Integer PPP) neboli metoda absolutního určování polohy s vysokou přesností s rozlišením nejednoznačnosti celého čísla pro měření v pseudofázích [10] . V podstatě se jedná o kombinaci metod PPP a PPK . Přesnost měření pomocí jednoho GNSS systému je 7-10 mm v plánované poloze a 33 mm ve vertikální poloze pro PPP a 5-6 mm ve vodorovné poloze a 28 mm ve vertikální poloze pro PPP-AR. [11] . Uvedená přesnost je k dispozici pouze 2 týdny po měření. Současně se přesnost dosahovaná metodou PPK pohybuje od 0,01 m +/- 0,5 ppm mm v půdorysu do 0,02 m +/- 1,0 ppm na výšku s maximálním poloměrem pokrytí PPK , 25 - 30 km od základny [12] .
PPP-RTK — Vysoce přesná metoda absolutního určování polohy s celočíselným rozlišením nejednoznačnosti pseudofázových měření a použitím atmosférických korekcí v rámci místní oblasti [10] RTK a PPP se vzájemně doplňují - časové informace. Je implementován prostřednictvím proudu změn ve formátu RTCM-SSR (State Space Representation). Situace je úplně stejná jako u metody PPP-AR (Integer PPP). Horizontální zlepšení PPP-RTK oproti řešení PPP je 6 % až 27 % horizontálně a 2 % až 8 % vertikálně Výzkumníci a poskytovatelé služeb kombinují PPP a RTK ve snaze využít obě technologie. Koncept PPP-RTK spočívá v doplnění jedné technologie druhou. Rozlišení atmosférických korekcí a korekcí satelitních hodin a efemerid od RTK-Network. Tato síť je nejpřesnější v blízkosti každé základnové stanice (kde se generují data) a jak se rover vzdaluje, kvalita korekcí se zhoršuje, což má za následek delší časy a horší korekce. Jakmile rover opustí oblast RTK, aktivuje se PPP. Spolu s přesnými satelitními hodinami, orbitami a fázovými posuny jsou zavedeny korekce ionosférického a troposférického zpoždění, které jim umožňují provádět celočíselnou disambiguaci a dosahovat centimetrové přesnosti za výrazně kratší dobu. PPP-RTK využívá již zavedenou infrastrukturu (RTK-Networks). Časy konvergence jsou obvykle 1-10 minut, ale za ideálních podmínek lze dosáhnout během několika sekund. [13] [14] [15] .
RT-PPP (Real Time PPP) – metoda využívá EVI streamy k aplikování v reálném čase stejného typu korekce jako při post-processingu. Pro práci v režimu PPP v reálném čase je vyžadován zdroj opravných informací ve speciálním formátu. Zdrojem mohou být placené služby (RTX, TerraStar atd.) a/nebo publikované projekty: APPS, NASA a JPL [7] PPP rozšiřuje pokrytí roverem na vzdálenost 1000-2000 km od nejbližších korekčních stanic při zachování přesnosti 4 - 40 cm (40 cm při inicializaci <5 minut, pak se přesnost pouze zvýší a během 20 - 40 minut se stane méně než 10 cm [6] . V případě služby TerraStar jsou generované opravy přenášeny koncovým uživatelům pomocí Telekomunikační satelity Inmarsat [16] .
Je třeba poznamenat, že standard PPP v reálném čase ještě nebyl definován, ale zvláštní výbor 104 Radiotechnické komise pro námořní služby (RTCM) vyvíjí úsilí o standardizaci. [17]
Paralelně s metodou PPP byla vyvinuta metoda Post Processing Kinematic.
Služba poskytování (CI) opravných informací se zpravidla skládá ze sítě rozptýlených pozemních pozorovacích stanic, které nepřetržitě monitorují a přijímají družicové signály GNSS, počítačových center pro zpracování satelitních informací a komunikačních kanálů pro CI se spotřebiteli. Na základě metody PPP již ve světě vzniklo mnoho vědeckých a komerčních služeb, např. MADOCA, Magic GNSS, CNES PPP-Wizard Project, VERIPOS Apex, NavCom Star Fire, Trimble RTX, realizované zahraničními společnostmi FUGRO, NavCom, Trimble, TerraStar, Leica, NovAtel a vesmírné agentury JAXA (Japonsko). Opravné informace jsou spotřebiteli přiváděny pomocí komunikačních satelitů, obvykle geostacionárních, přenášejících informace v pásmu L (1525-1560 MHz) a prostřednictvím internetu. Celkové zpoždění příchodu EVI je 15-20 sekund, přesnost efemerid je na úrovni root-mean-square error 5-7 cm, korekce hodin - 5 ns [6] .
Sledování a určování (redefinice) souřadnic základnových stanic pozemních a vesmírných segmentů [18] .
Fixace geologických a geofyzikálních děl v těžko dostupných oblastech [3] .
Zavedení korekcí pro kvazidiferenciální měření.
Služby PPP se využívají také v offshore průzkumech, pro monitorování offshore plošin při těžbě, pro řízení traktorů a kombajnů v zemědělství [6] .
Přesné určování polohy se stále více používá v oblastech, jako je robotika, autonomní navigace, zemědělství, stavebnictví a těžba.
V budoucnu jej lze použít při zadávání polohy v Globálních vyhledávacích a informačních kartografických službách jako je Yandex.Maps a další. A také v autonavigátorech (které se vyhnou polohování „na druhé straně ulice“).
Současnými institucionálními poskytovateli služeb PPP/PPP-RTK jsou Japonsko (QZSS) regionálně, Čína (BDS) regionálně, EU (Galileo) celosvětově, Austrálie/Nový Zéland (SouthPAN) regionálně a Rusko (GLONASS) celosvětově. PPP služby od SouthPAN a GLONASS jsou ve vývoji.
Hlavní nevýhody PPP ve srovnání s tradičními metodami GNSS spočívají v tom, že vyžaduje větší výpočetní výkon, vyžaduje externí korekční proud efemerid a dosažení plné přesnosti trvá určitou dobu. Díky tomu je poměrně neatraktivní pro aplikace sledování vozového parku a letectví, kde není požadována přesnost na centimetry a v případě nouze se počítají sekundy. U všech metod DGPS platí pravidlo, že čím větší vzdálenost od základnové stanice, tím větší chyba. [7] .
| Navigační systémy | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satelit |
| ||||||
| Přízemní | |||||||
| Diferenční korekční systémy | |||||||