接《PPP-RTK（一(yī)），自(zì)動駕♦↔αα駛高(gāo)精定位的(de)“攪局者”》

03 PPP-RTK

      PPP的(de)定位精度、實時(s✔βλλhí)性在一(yī)衆專家(jiā)的(de)努力下(x  ‍ià)，有(yǒu)了(le)長(cháng)足進↔₩♦₩步。但(dàn)是(shì)，由于受相(xiàng)位偏差、對(d₽∑↔uì)流層和(hé)電(diàn)離(lí)層延遲等各種殘餘誤差的(de)影™¥(yǐng)響，PPP固定解初始化(huà)時(shí)間(jiān)仍沒有(y‍✘ǒu)多(duō)大(dà)改善，少(sh×♠×ǎo)則也(yě)需要(yào)20分(fēn)鐘(zh£"™÷ōng)左右才能(néng)實現(xiàn)固定。

      為(wèi)了(le)™★進一(yī)步改善實時(shí)PPP定位的(d‍βe)精度、可(kě)靠性和(hé)時(shí)效性，德國(φ§>guó)GEO++公司Wübbena博士等人(rén)在2005年(nián)首次正式提出了(l∞←e)PPP-RTK的(de)概念，其基本思想是(shì)融合PPP'¶和(hé)RTK兩種技(jì)術(shù)的(de)優勢，利↓γ用(yòng)已經建立起來(lái)的(de)密集基準站(zhàn)設施，精化(h® uà)求解相(xiàng)位偏差、對(d₩♣‍uì)流層和(hé)電(diàn)離(lí)層延遲等參  數(shù)，重新生(shēng)成各類改正信息，并☆∞∏單獨播發給流動站(zhàn)使用(yòng)，以此解決常規 PPP定位$★≈♦中非差模糊度的(de)快(kuài)速固定難題，從(c→>₹™óng)而實現(xiàn)快(kuài)速÷•、準确定位。

      P≥‍PP-RTK的(de)一(yī)種可(kě)行•δ↕(xíng)的(de)系統架構如(rú)圖7所示。

圖7 PPP-RTK的(de)一(yī)種可(kě)行(xí β§ng)的(de)系統架構

      與PPP架構最顯著的(de)區(qū)别是(✔₽φshì)，地(dì)面主控站(zhàn)與流動站(zhàn)之間(jiān)多(du☆​ō)了(le)一(yī)條通(tōng)信鏈路(lù)，而這(zhè)條鏈路(lù)讓∏§ PPP-RTK具有(yǒu)如(rú)下(xià)兩>π‍δ大(dà)特點，一(yī)是(shì)極₽¥大(dà)地(dì)提高(gāo)了(le)PPπ>P定位的(de)精度和(hé)收斂的(de)速度，二是(shì)拓展了(le)網絡RTK的(d₹$ e)服務範圍。

      PPP-RTK←δ∏從(cóng)觀測值層面實現(xiàn)PPP與RTK的(d←<e)“緊組合”，以一(yī)種更優雅的(de)方式解決了(l←→e)RTK“依賴于密集基準站(zhàn)資源，當多(duō)個(gè→¥±±)CORS系統間(jiān)存在覆蓋盲區(qū)時(shí)難≠ ≤以實現(xiàn)連續服務”的(de)問(wèn)題。這☆'&✘(zhè)意味著(zhe)在基準站(zhàn)覆蓋的(de)區¥→(qū)域，PPP-RTK和(hé)RTK相(xiàng)差不(bù)大(dà)，但(dàn)是™‍ ♠(shì)在基準站(zhàn)無覆蓋的(de)區(qū)域，PPP-RTK可(k‍'​ě)以降級為(wèi)PPP使用(yòng)，獲得(de)不(bù)俗的¥‌‌(de)定位精度。

      這(zhè)樣的(de)特性恰好(hǎo)是(shì)Ω♣π​自(zì)動駕駛功能(néng)完好(hǎo✘₽♥)性功能(néng)安全層面所期待的(de)：

     （1）功>​♦≥能(néng)完好(hǎo)性：PPP-" ≈RTK的(de)各類改正數(shù)是(shì)分(fēn)開(kāi)解算(s §uàn)的(de)，可(kě)以獨立評估，從(cóng¶∏λα)而較容易實現(xiàn)完好(hǎo)性監控，更能(néng)夠匹配智能(néng)駕駛¶≈↓在功能(néng)安全方面的(de)需求；

     （2）功能(néng)安全：π€讓失效變得(de)緩慢(màn)，緩慢(màn)地(dì)讓車(chēσ™§ )內(nèi)用(yòng)戶有(yǒu)時(shí)間π‌π(jiān)接管，緩慢(màn)地(dì)讓最小(xiǎo)風(fēng)險策略可(kě)以從(c₹¶π∏óng)容地(dì)執行(xíng)。

      但(dàn)是(shì)PPP-RTK畢竟還(βφ ✘hái)是(shì)丢掉了(le)PPP定位不(bù)依✘ε¥賴于密集基準站(zhàn)的(de)支持這(zhè)一(yī)÷ ✘獨特優勢，如(rú)何在不(bù)采用(yòng)基準站(zhàn)來(lái)增強，實現(xià€'&>n)非差模糊度的(de)快(kuài)速初始化(huà)，是(shε≈★ì)業(yè)界面臨的(de)共同難題，也(yě)是(shì)PPP-RTK/PPP未來(lε€Ω∞ái)研究的(de)重點。

      下(xià→↕)面彙總PPP、RTK、PPP-RTK三者之間(jiān)的(de)性φ↓$≤能(néng)對(duì)比，如(rú)表1所示。ε€γ

表1 PPP、RTK、PPP-RTK三者之間(jiān)的(de)對(duì)比

04 PPP-RTK服務介紹

一(yī)、國(guó)外(wài)

      （1）Hexagon/Novλ​Atel——TerraStar服務

      ♥₽γ™ 說(shuō)起Hexagon，行(xíng)業(yΩ•​è)內(nèi)很(hěn)多(duō)人(ré‌±n)可(kě)能(néng)要(yào)反應個(gè)幾十秒(¥γmiǎo)，但(dàn)提到(dào)NovAtel，估計(jì)很(hěn)多(duō)人(r£β∑én)會(huì)脫口而出：這(zhè)不(bù₹™£<)就(jiù)是(shì)那(nà)個(gè)一(yσ≥↑ī)套接收機(jī)賣十幾二十萬的(de)公司嗎(ma)！

       NovAtel，這(zhè)樣一(yī)家★ '(jiā)，創造了(le)衛星定位和(hé)校(xiào)正技(jì)術(shù)∏'∑先河(hé)的(de)先驅公司，2008年(nián)以3.9億美(měiδ©)元賣給了(le)Hexagon，這(zhè)在當時(s"€↑αhí)讓很(hěn)多(duō)人(rén)唏噓不(bù)已。

       TerraφδStar服務是(shì)Hexagon/NovAtel基σ♣于全球100多(duō)個(gè)基準站(zhàn)數(shù)據，提供的(de)全球高(β↔←gāo)質量實時(shí)改正服務，該服務提供的(de)改正信息×≥Ωγ通(tōng)過5顆地(dì)球同步衛星（L波段）或網絡進行(xíng)廣播傳輸，根據≈∑其作(zuò)用(yòng)範圍和(hé)性能(néng)，₹‍可(kě)分(fēn)為(wèi)TerraStar-L、TerraStar-C、T£≈✘erraStar-C PRO與TerraStar-X服務。

       TerraStar-C PRO是(s§"×hì)Hexagon/NovAtel首次采用(yòng)其新開(kāi)發的(de)Rγ↑ TK from the sky精密單點定位技(jì)±¶↔≠術(shù)的(de)全球改正服務，可(kě)提供包括更高÷★★(gāo)采樣率的(de)衛星軌道(dào)和(hé)衛星鐘(zhōng)差改正等信息，同β≈÷☆時(shí)也(yě)可(kě)以實現(xiàn)模糊度的(de)快(kuài)速整數(s≈≠hù)固定。

       TerraStar-C PRO改正服γ✔↔₹務，官方介紹具有(yǒu)厘米級定位精度、最¶>快(kuài)3分(fēn)鐘(zhōng)實現(xiàn)收斂以及全€≈球範圍可(kě)用(yòng)等優勢，是(shì)目前世界上(shàng)收斂時(shí)→​間(jiān)最短(duǎn)的(de)全球改<♦<<正服務。

       而Terr♥ΩγaStar-X是(shì)在TerraStar-C PRO基礎上(shàng)發γ₹展而來(lái)的(de)區(qū)域改₽λπ♣正服務，相(xiàng)較于後者的(de)全球可(kě)用(yòδΩ€ng)性，TerraStar-X側重在區(qū)域性運用(yòng)（主要(&↑αyào)為(wèi)美(měi)國(guó)部分(f₹↑σΩēn)地(dì)區(qū)），可(kě)實現(xiàn)厘米級定位精度和(hé)優  σ®于1分(fēn)鐘(zhōng)的(de)收斂時(s₹£≥hí)間(jiān)。

       TerraStλσar各項服務精度指标如(rú)表2所示。

表2 TerraStar各項服務精度指标

     （2）Trimble—— ¶↕RTX Fast服務

      ¥§≈Trimble公司成立于1978年(nián)，RTK接收機(jī)之父Javad Ash®∞¶♦jaee在這(zhè)裡(lǐ)搞出了(le)全世界第二個(gè)商用(yòng)∑§$接收機(jī)4000A，RTK算(suàn)法之≠♣父Benjamin Remondi也(yě)≤≈☆在這(zhè)裡(lǐ)挑燈夜戰過，他(tā)們共同成就(jiù  •)了(le)Trimble在20世紀末到(dào)21世紀初這(zhè)段時<• (shí)間(jiān)在衛星定位領域的(de)霸主地"☆≤→(dì)位。

      Trimble在201§'​1年(nián)推出星基增強系統，2015年(nián)升級了(le)區(qū)域電(dià®≠n)離(lí)層模型，支持現(xiàn)在常說(shuō)PPP-RTK定位，其相(xiàngγ♠↑>)對(duì)常規的(de)PPP定位最大(dà)優點就(jiù)是(shì)收斂時(sh®≤í)間(jiān)短(duǎn)、固定快(kuài)，所以取了(le)₹∞×↕個(gè)名字叫RTX Fast。

      RTX Fast利用≥®₩♥(yòng)全球監測網來(lái)計(jì)算(suàn)&•¥精确的(de)衛星軌道(dào)和(hé)衛星鐘(zhōng)差，并将改正信息實時(shí÷•)通(tōng)過地(dì)球同步衛星（l波段αΩ‍ ）或網絡進行(xíng)廣播，移動站(zhàn)收到(dào)改正信息後☆φ進行(xíng)位置估計(jì)，具體(tǐ)采用(yòng)的(de)策略包括如(rú©≤<λ)下(xià)幾條。

     （a）用(yòng)數≈¶∑₹(shù)學模型精确地(dì)模拟誤差源，或者使用(yòng)全球或者₩‍→Ω區(qū)域網絡數(shù)據進行(xíng)誤差估計(jì)。

     （b）衛星軌道(dào"¥λ↕)誤差沒有(yǒu)在全球或區(qū)域網絡中建模，因為(wèi)使用(yòng)Trim₩§φble實時(shí)精确軌道(dào)或IGS超快(kuài)速軌道(dào)​∏♥産品可(kě)以更好(hǎo)地(dì)對(duì)衛♥₩星軌道(dào)進行(xíng)建模。

     （c）區(qū)域網絡中建♣<立衛星鐘(zhōng)差模型，以吸收區(qū)域內(nèi)出現(xià §n)的(de)剩餘軌道(dào)誤差。

     （d）其他(tā)偏差則估計(jì)為(wèi)小(xi£±×Ωǎo)數(shù)部分(fēn)，以保持載波相(xiàng)位觀測值的(de)整數(shù)特β¥♠©性。

     （e）RTX Fast服務器(qì)平均化≈♠®(huà)處理(lǐ)來(lái)自(zì)基準站(zhàn)的(de)載波和(hé)僞距觀測¶§↓÷的(de)多(duō)路(lù)徑和(hé)測站(zhàn)噪聲。

     （f）RTX Fast生(shēng)成的(de)産品和©€​£(hé)改正信息以Trimble的(de)CMRx壓縮數(shù)據格式，通(≤ ✘tōng)過地(dì)球同步衛星L波段或網絡實現(xiàσγn)實時(shí)傳輸。

     （g）移動通(tōng)過接→×∏收衛星/網絡廣播的(de)RTX Fast校(xiào)正信息，并‌≥∏與所有(yǒu)其他(tā)GNSS衛星信号一(yī₩β)起，實時(shí)計(jì)算(suàn)其精确位置。

      以上(shàn←≈•φg)策略也(yě)讓RTX Fast可(kě)以實現(xiàn)♦‍↑2-50cm水(shuǐ)平定位精度、5cm的(de)垂直定位精度ε δ，同時(shí)快(kuài)速模式下(xià)收斂時(↕↔shí)間(jiān)優于1分(fēn)鐘(zhōng)，而常規模式下(xià)收& 斂時(shí)間(jiān)優于20分(fēn)鐘(zhōng)。

     （3）π↔§₩u-blox——PointPerfect服₩←₩∏務

      u-blox是(shì)車(c'♠hē)載衛星定位芯片和(hé)模組領域的(de)出貨量霸主，其主機(jī)廠♠♦(chǎng)朋(péng)友(yǒu)遍€φ☆布世界各地(dì)，其為(wèi)瑞士的(d>'​✘e)高(gāo)福利立下(xià)了(le)汗馬功勞。

      PointPerfect是(shì)u-blox面向大(>→dà)衆應用(yòng)推出的(de)GNSS增強數(shù)據服務，可(kě)通(t✘∏↓™ōng)過衛星信号或網絡向流動站(zhàn)廣播，•♣↑≠并使流動站(zhàn)在短(duǎn)時(shí)間(jiān)內(nèi)₩φ$≈實現(xiàn)優于10厘米的(de)定位精÷φ度。

      PointPerε$fect采用(yòng)行(xíng)業(yè)标準的(d €≈e)SPARTN消息格式，輔以輕量級和(hé)安§ε‍全的(de)MQTT物(wù)聯網傳輸協議(yì)，使其成為☆£≤(wèi)一(yī)個(gè)實時(shí)高(gāo)效、低(dī)帶寬、高± ±‌(gāo)性價比的(de)解決方案，非常适合于大(dà)衆市(shì)場(chǎng)應用(>≠yòng)。

      PointPerfect服務範圍覆蓋歐洲和(♣↑hé)美(měi)國(guó)大(dà)陸區(qū)域，包括距離(lí)海✘π(hǎi)岸線12海(hǎi)裡(lǐ)（約22公裡(lǐ)）以內(nèi)的(de)區(♠→qū)域。目前僅支持增強GPS（L1C/A，L2¶↑，L2C，L5）、Galileo（E1、E5a/b）和(hé)GLONASS♣•¶（G1 C/A，G2 C/A）系統。

      PointPerfect主要(yào)提供以下(xià ✔)兩類産品。

     （a）衛星軌道(d××ào)、衛星鐘(zhōng)差、硬件(jiàn)延≤₹‌ 遲偏差：其中衛星鐘(zhōng)差的(de)更新©×®≤間(jiān)隔為(wèi)5s，衛星軌道(dào)£‌☆‍和(hé)硬件(jiàn)延遲的(de)更新間(jiān)隔為(wèi)30s≈©。

     （b）大(dà)氣改正産品：包括VTEC模型、傾 ε₩↕斜電(diàn)離(lí)層延遲改正和(hé)天λ₩Ω頂對(duì)流層延遲改正，其更新頻(pín)率同樣為(wèi)30s。

      在GNSS觀測數(shù)據無粗差、數(s♠✔×hù)據接收完整且有(yǒu)連續的(de)改正數(shù)據且模糊✔γ>₹度正确固定的(de)情況下(xià)，PointPerfect在水(shuǐ)平方Ω∏•向定位精度可(kě)以達到(dào)3-6 ♣© cm（95%置信區(qū)間(jiān)）。而模糊度的(de)初始化(≠'₽γhuà)時(shí)間(jiān)則會(✘€™₹huì)随電(diàn)離(lí)層活動而變化(huà)，一(yī)般小(xiǎo)于30 s。↕♥₽

     （4）QZS↓ ∏λS——CLAS服務

      準天頂衛星系統（Quasi≥®-Zenith Satellite System，QZSS）是(shì)日(rì)本政府在2002₽ ✘年(nián)授權建立，2018年(nián)正式開(kāi)始工(gōng)★×作(zuò)的(de)一(yī)個(gè)區(qū)域增強衛星定位系統。

     σ♠Ωα QZSS目前采用(yòng)三顆傾斜地(dì)球同步≈ ✘軌道(dào)衛星（Inclined GeoSync¶₽‌hronous Orbit，IGSO） 和(hé)一(yī)顆地(dì)球同步軌道☆♦∏©(dào)衛星（Geosynchronous Orb♣£☆☆it，GEO）衛星組成。

      由于日(rì)ε≤↑本國(guó)土(tǔ)位于中高(gāo)緯度地(σ‍dì)區(qū)，這(zhè)樣衛星星座設計(jì)使得(de)在任意時(shí)刻 ¶能(néng)保證至少(shǎo)有(yǒu)1顆衛星能(néng)位于該國(guó)天 ε頂方向（高(gāo)度角大(dà)于60），所以被稱作(zuò)準天頂衛星系統。

      QZSS基于←λ‍♦L6頻(pín)段上(shàng)的(de)L6D信号播發增強信息☆≥，實現(xiàn)PPP-RTK增強服務——CLAS（Centimeter Level Aug≠ε€Ωmentation Service）。L6D增強信息™↕&♥可(kě)以通(tōng)過兩種方式獲得(de)，一(yī)← φ是(shì)通(tōng)過支持CLAS的(de)接收機(jī)接收，二是(shì)‌★↕可(kě)以在QZSS官方網站(zhàn)上(sh↔§✘àng)下(xià)載事(shì)後的(de)增強電(diàn)文(wε"én)。

      CLAS服務★‌​範圍為(wèi)日(rì)本境內(nèi)，在日(rì)本‌←₽©境內(nèi)将服務分(fēn)為(wèi)‍₽®•12個(gè)網絡，服務範圍及12個(gè)αδ網絡分(fēn)布如(rú)圖8所示。

圖8 QZSS服務範圍及網絡分(fēn)布

      地(dì)♦® ♥面基準站(zhàn)網由日(rì)本境內(nèi)的(de)1300多(duō)¥→∑β個(gè)CORS中的(de)212個(gè)組成，站(zhàn)點間(jiān)的(de‌♣≥)間(jiān)隔約為(wèi)60 km。這(zhè)些(xiē)基準站(zhàn)的(↕≈de)主要(yào)作(zuò)用(yòng)是(shì)接收GNSS衛星→₩的(de)原始觀測數(shù)據并通(tōng)過網絡發送至數(shù)據處理(l€>→£ǐ)中心,數(shù)據處理(lǐ)中心通(tōng)過網解得(de)到(dào✘↔≠)衛星的(de)軌道(dào)、鐘(zhōng)差、碼偏α€差、大(dà)氣等信息，并将這(zhè)些(xiē)數(shù)據注入衛星或通(tōng)過通δ÷$(tōng)信網絡播發給用(yòng)戶，用(yòng)戶接收到(dào≥✘®)這(zhè)些(xiē)改正信息後即可(kě)進行(xíng)PPP-RT←♣™↑K定位。在進行(xíng)數(shù)據播發時(shí)，電(diàn)離(lí)α÷ 層和(hé)對(duì)流層均以格網的(de)形式播發。

      目前CLAS服務僅支持GPS（L1C/A​✔®♣，L1C，L2P，L2C，L5）、Galileo（E1B，E5a）和(hé)QZSS（L1C/↕€§σA，L1C，L2C，L5）系統，未來(lái)将支持GLONASS和(hé)BDS系統φ→‌φ。

      在所有(y☆&≤ǒu)被增強的(de)衛星都(dōu)用(yε<δòng)于PPP-RTK定位、沒有(yǒu)周跳(tiào)的(de)衛星數(shù)大(dà ®∞)于等于5、衛星截止高(gāo)度角設為(wèi)15度等條件(jiàn)滿足後，CLAS服務 ×可(kě)達到(dào)的(de)定位精度如(rú)表3所示。模糊↑'±度固定時(shí)間(jiān)在95%置信區(qū)間λ•‍λ(jiān)一(yī)般小(xiǎo)于等于6Ω$0s。

表3 CLAS服務定位精度

二、國(guó)內(nèi)

       國(guó)內(nèi)染指λ÷•✔PPP-RTK領域的(de)有(yǒu)千σ★α 尋位置、六分(fēn)科(kē)技(jì)、大(dà)有(yǒu)時(shí)空(kōng)、₽Ω₽≥時(shí)空(kōng)道(dào)宇等，各家(jiā)産品各有(yǒu≠ασ)千秋，下(xià)文(wén)基于官網信息簡介幾個(g≈ ↓è)産品。

      （1）六分(fēn)科(kē)技(j§↑®$ì)

       2023年(nián)4±δ&↓月(yuè)18日(rì)，六分(fēn)科(kē)技(jì)在上©♣¥♥(shàng)海(hǎi)車(chē)展期間(jiān)發布PPP-RTK新品“×ε星璨”，産品架構如(rú)圖9所示。

圖9 六方科(kē)技(jì)PPP-RTK新品“星璨”

      官網隻介紹了(le☆≈)其具有(yǒu)實施車(chē)道(dào)級定位、億級用(yòng)戶并發、适配車(chē)規↓₩♠ 級芯片、功能(néng)安全、高(gāo)連續性、高(gāo)穩定性等特點，但(dàn)具體(tǐ∏σ≈)性能(néng)參數(shù)如(rú)何，未對(duì)外(wài)公布。

（2）大(dà)有(yǒu)時(shí)空(kōng®φ£)

      2023年( ≈nián)1月(yuè)4日(rì)，大(dà)♣→有(yǒu)時(shí)空(kōng)正式發布PPδ©P-RTK産品，官方介紹産品定位精度可(kě)達2cm，收斂速度可(kě)達30秒(m≥¶iǎo)。

      目前有(yǒu)兩種模式為(wèi)終端用→β(yòng)戶提供高(gāo)精度定位服務，一(yī)種≤₹≤≠是(shì)大(dà)有(yǒu)時(shí)空(kōng)定位平台通(tōng)&↓過賬号直接播發給終端用(yòng)戶，二是(shì)大(dà)有(yǒu≤ε)時(shí)空(kōng)定位服務轉發至戰略合作(zuò)夥伴播發服務平台，由合作(zuò≠≥)夥伴服務平台播發給終端用(yòng)戶。

      而通(tōng)過和(h&σé)海(hǎi)克斯康集團合作(zuò)（海(hǎi)克斯康負責北(běi)美(měi)" ₽、歐洲的(de)CORS網建設和(hé)數£γδ(shù)據中心的(de)獨立運維，大(dà) ↕™↑有(yǒu)時(shí)空(kōng)負責中國(guó)的(de)CORS網建設和(h→•é)數(shù)據中心的(de)獨立運維），大(dà)有(yǒu)時(☆ shí)空(kōng)的(de)PPP-RTK産品可(kě)為(wèi✔≠ β)全球用(yòng)戶提供服務。

（3）時(shí)空(kōng)道(dào)宇

      提到(dào)α✘×​時(shí)空(kōng)道(dào)宇，就(jiù)不(∞‌π₽bù)得(de)不(bù)提“一(yī)箭九星”，2022年(n→←£★ián)6月(yuè)2日(rì)，吉利未來(lái)出行(xíng)星座首ασ軌九星在西(xī)昌衛星發射中心以一(yī)箭九星方式成功∑π↕發射。

      根據時§<∏α(shí)空(kōng)道(dào)宇的(de)技(jì)術(shù)說(shu♥ ō)明(míng)，此次發射的(de)九顆衛星，搭☆↓↑配時(shí)空(kōng)道(dào)宇已經建設完≈φα成的(de)地(dì)基PPP-RTK時(™$shí)空(kōng)信息網絡，以及北(bě↕×↔®i)鬥三号模組、終端産品，可(kě)以實現(xiàn)遙感∑∞σ、導航、通(tōng)信技(jì)術(shù)的(de)融合應用(yòngεφ)，為(wèi)未來(lái)出行(xíng)提供立體(tǐ)化(huà)保障。

      所以→®β時(shí)空(kōng)道(dào)宇PPP" -RTK産品的(de)與其他(tā)産品的(d"♥e)最大(dà)不(bù)同将是(shì)：擁有(yǒu)自(zì)己的(de)播發衛星，而其他(✔Ωφ☆tā)家(jiā)隻能(néng)租用(yòng)播發衛星。

轉自(zì)十一(yī)号組織