一篇文章詳解RTK、PPP、PPP-RTK三種衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)，值得收藏
發(fā)布時(shí)間：2021-10-09 11:11:43
說到衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)，當(dāng)屬實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位RTK、精密單點(diǎn)定位ppp應(yīng)用得比較廣泛，也是高精度衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)中頗具代表性的。而近年來PPP-RTK受到了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者以及導(dǎo)航從業(yè)者的極大關(guān)注，本篇文章將為您詳細(xì)介紹RTK、PPP、PPP-RTK三種衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)，話不多說，接下來跟小編一起來看看吧。
一、RTK、PPP、PPP-RTK概述
1、RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，全稱Real-Time Kinematic
RTK由差分定位技術(shù)發(fā)展而來，其原理是衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、電離層延遲、對(duì)流層延遲等誤差對(duì)相距不遠(yuǎn)的GNSS站影響接近，因此可以通過站間觀測(cè)值差分消除，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相位模糊度的快速固定與瞬時(shí)厘米級(jí)定位。顯然，RTK技術(shù)需要架設(shè)基站，因此作業(yè)方式不靈活，成本也相對(duì)較高，而且隨著用戶與基準(zhǔn)站距離的增加，其定位效果顯著降低。
2、精密單點(diǎn)定位PPP，全稱Precise Point Positioning
PPP由非差定位技術(shù)發(fā)展而來，是一種全球尺度的定位技術(shù)，PPP通過全球分布的約100個(gè)基準(zhǔn)站解算高精度衛(wèi)星星歷產(chǎn)品修正用戶軌道、鐘差誤差等，即可獲得靜態(tài)毫米至厘米級(jí)，動(dòng)態(tài)厘米至分米級(jí)的定位服務(wù)。
缺點(diǎn)：與RTK瞬時(shí)厘米級(jí)相比，PPP需要近30分鐘才能實(shí)現(xiàn)精密定位的初始化，且信號(hào)失鎖后的重新初始化時(shí)間與首次初始化時(shí)間幾乎一樣長(zhǎng)，因而限制了其在實(shí)時(shí)應(yīng)用中的普及。
3、PPP-RTK，實(shí)時(shí)GNSS高精度導(dǎo)航定位服務(wù)
自上世紀(jì)八十年代GPS靜態(tài)長(zhǎng)基線解算開始，高精度GNSS數(shù)據(jù)處理發(fā)展至今已三十余年。隨著實(shí)時(shí)GNSS高精度導(dǎo)航定位服務(wù)的普及，近年來PPP-RTK受到了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者以及導(dǎo)航從業(yè)者的極大關(guān)注。
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展促進(jìn)了導(dǎo)航與位置服務(wù)等新興產(chǎn)業(yè)的形成，我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、歐洲Galileo系統(tǒng)的建設(shè)，以及美國(guó)GPS、俄羅斯GLONASS等全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)代化進(jìn)程為優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)航與位置服務(wù)提供了新的契機(jī)。
二、RTK、PPP與PPP-RTK對(duì)比
PPP-RTK通過狀態(tài)域建模，將基準(zhǔn)站“觀測(cè)值誤差”分解為衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星相位偏差、電離層延遲、對(duì)流程延遲等“狀態(tài)量誤差”，因此RTK和PPP/PPP-RTK也分別稱為“觀測(cè)值域差分”和“狀態(tài)域差分”。不嚴(yán)格的說，數(shù)學(xué)意義上可以認(rèn)為衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星相位偏差、電離層延遲、對(duì)流程延遲等狀態(tài)量誤差構(gòu)成了GNSS觀測(cè)誤差空間的一組極大線性無關(guān)向量組，即構(gòu)成了GNSS觀測(cè)誤差空間的一組基。該空間中任意向量，即觀測(cè)值誤差都可以認(rèn)為是該組基向量的線性組合：基向量在對(duì)應(yīng)衛(wèi)星-接收機(jī)視線方向上的投影。
一個(gè)線性空間可以有無數(shù)組基（除零空間），所以GNSS觀測(cè)誤差空間一定也可以由其他基向量表達(dá)？是的，通過選取一組基準(zhǔn)站“觀測(cè)值誤差”作為基向量，也能實(shí)現(xiàn)全球PPP-RTK服務(wù)。這不正是從NRTK，URTK走向PPP-RTK的方式嗎？從這個(gè)角度理解，天上衛(wèi)星和地面基準(zhǔn)站對(duì)于定位服務(wù)來說可能并沒有什么區(qū)別。然而與衛(wèi)星軌道鐘差、相位偏差、大氣延遲這組基相比，“觀測(cè)值誤差”基向量的選擇并不容易：既要保證相互獨(dú)立，又要能張成整個(gè)空間（目前RTK觀測(cè)值域誤差向量即不相互獨(dú)立，也難以張成整個(gè)空間），更麻煩的是該組基如何投影至衛(wèi)星-接收機(jī)視線方向并不直觀。
一組基能用最少的向量表達(dá)整個(gè)空間，因此相比于從觀測(cè)值域差分RTK，狀態(tài)域差分PPP-RTK能夠以較小的通訊帶寬實(shí)現(xiàn)廣域（甚至全球）服務(wù)覆蓋。
PPP-RTK中“PPP”體現(xiàn)在狀態(tài)域參數(shù)：衛(wèi)星軌道鐘差、相位偏差等；“RTK”則體現(xiàn)在觀測(cè)域參數(shù)：電離層延遲、對(duì)流程延遲等。PPP-RTK也面臨不同區(qū)域“大氣延遲”各異，因此對(duì)通信帶寬要求高，難以滿足星基廣播式增強(qiáng)服務(wù)需求的挑戰(zhàn)。
PPP-RTK從觀測(cè)值層面實(shí)現(xiàn)了PPP與RTK的“緊組合”，以一種更優(yōu)雅的方式解決了RTK“依賴于密集基準(zhǔn)站資源，當(dāng)多個(gè)CORS網(wǎng)間存在覆蓋盲區(qū)時(shí)難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)服務(wù)”的問題：有密集基準(zhǔn)站與RTK相當(dāng)、無密集基準(zhǔn)站與PPP相當(dāng)，無縫過渡。
從收斂速度、定位精度、覆蓋范圍三個(gè)維度進(jìn)一步對(duì)比了RTK、PPP以及PPP-RTK三種模式的導(dǎo)航與位置服務(wù)，可以認(rèn)為RTK與PPP是PPP-RTK服務(wù)模式的特例或延伸，因此PPP-RTK具有較高的伸縮性。
相比于RTK和PPP，PPP-RTK是一種更具彈性的服務(wù)模式，與楊元喜院士提出的彈性PNT服務(wù)體系更為契合。PPP-RTK服務(wù)模式的彈性體現(xiàn)在，衛(wèi)星軌道鐘差、相位偏差作為GNSS高精度定位的基礎(chǔ)，可采用狀態(tài)域表達(dá)實(shí)現(xiàn)星基增強(qiáng)服務(wù)，對(duì)于電離層延遲、對(duì)流層延遲增強(qiáng)，則可通過采樣頻率的調(diào)整以滿足不同參考站密度、不同播發(fā)帶寬、不同用戶性能需求。武漢大學(xué)學(xué)者張小紅等指出，同時(shí)兼顧模型精度與模型數(shù)據(jù)量的電離層延遲建模方法也是PPP-RTK需要解決的重要問題之一。
PPP作為北斗三號(hào)全球系統(tǒng)七大規(guī)劃公開服務(wù)類型之一，已利用三顆GEO衛(wèi)星B2b信號(hào)I支路為中國(guó)及周邊地區(qū)用戶提供30分鐘內(nèi)收斂的分米級(jí)免費(fèi)服務(wù)，播發(fā)數(shù)據(jù)速率500bps，并預(yù)計(jì)將進(jìn)一步增加播發(fā)帶寬，進(jìn)一步提升精度，減少收斂時(shí)間。顯然PPP-RTK成為潛在的升級(jí)方案。
首先模擬采用2000bps帶寬實(shí)現(xiàn)歐洲區(qū)域GPS、Galileo與GLONASS多系統(tǒng)PPP-RTK服務(wù)，實(shí)驗(yàn)中各用戶站定位每10分鐘重啟。跟蹤站網(wǎng)分布，定位68%收斂序列。采用星基多系統(tǒng)PPP-RTK，平面收斂至5厘米和2厘米分別需要0.5分鐘和2.5分鐘，高程收斂至10厘米和5厘米分別需要2分鐘和3.5分鐘，10分鐘后，平面和高程統(tǒng)計(jì)精度RMS分別為1厘米和2.5厘米。
瞬時(shí)厘米級(jí)是RTK主要優(yōu)勢(shì)，全球低成本是PPP的主要優(yōu)勢(shì)。PPP-RTK不僅從算法層面統(tǒng)一了RTK與PPP，在實(shí)際應(yīng)用中也同時(shí)具備兩者優(yōu)勢(shì)，而RTK與PPP分別可看作是PPP-RTK服務(wù)模式的特例或延伸。當(dāng)跟蹤站網(wǎng)密度、播發(fā)帶寬相同時(shí)，PPP-RTK能分別達(dá)到（甚至優(yōu)于）RTK和PPP各自導(dǎo)航定位性能。
PPP-RTK中“PPP”體現(xiàn)在狀態(tài)域參數(shù)：衛(wèi)星軌道鐘差、相位偏差等，可由狀態(tài)向量表達(dá)，實(shí)現(xiàn)星基厘米級(jí)高精度增強(qiáng)；而PPP-RTK中“RTK”則體現(xiàn)在觀測(cè)域參數(shù)：電離層延遲、對(duì)流程延遲等，通常采用一組離散化的時(shí)空采樣點(diǎn)描述，同時(shí)可通過采樣頻率的調(diào)整以滿足不同參考站密度、不同播發(fā)帶寬、不同用戶性能需求。因此，相對(duì)于RTK和PPP,PPP-RTK是一種更具彈性的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)模式。
以上就是關(guān)于RTK、PPP、PPP-RTK三種衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)詳解，本文內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，出于傳遞信息及學(xué)習(xí)之目的，不代表本網(wǎng)站的觀點(diǎn)、立場(chǎng)，本網(wǎng)站不對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，僅供參考，
一、RTK、PPP、PPP-RTK概述
1、RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，全稱Real-Time Kinematic
RTK由差分定位技術(shù)發(fā)展而來，其原理是衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、電離層延遲、對(duì)流層延遲等誤差對(duì)相距不遠(yuǎn)的GNSS站影響接近，因此可以通過站間觀測(cè)值差分消除，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相位模糊度的快速固定與瞬時(shí)厘米級(jí)定位。顯然，RTK技術(shù)需要架設(shè)基站，因此作業(yè)方式不靈活，成本也相對(duì)較高，而且隨著用戶與基準(zhǔn)站距離的增加，其定位效果顯著降低。
2、精密單點(diǎn)定位PPP，全稱Precise Point Positioning
PPP由非差定位技術(shù)發(fā)展而來，是一種全球尺度的定位技術(shù)，PPP通過全球分布的約100個(gè)基準(zhǔn)站解算高精度衛(wèi)星星歷產(chǎn)品修正用戶軌道、鐘差誤差等，即可獲得靜態(tài)毫米至厘米級(jí)，動(dòng)態(tài)厘米至分米級(jí)的定位服務(wù)。
缺點(diǎn)：與RTK瞬時(shí)厘米級(jí)相比，PPP需要近30分鐘才能實(shí)現(xiàn)精密定位的初始化，且信號(hào)失鎖后的重新初始化時(shí)間與首次初始化時(shí)間幾乎一樣長(zhǎng)，因而限制了其在實(shí)時(shí)應(yīng)用中的普及。
自上世紀(jì)八十年代GPS靜態(tài)長(zhǎng)基線解算開始，高精度GNSS數(shù)據(jù)處理發(fā)展至今已三十余年。隨著實(shí)時(shí)GNSS高精度導(dǎo)航定位服務(wù)的普及，近年來PPP-RTK受到了國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者以及導(dǎo)航從業(yè)者的極大關(guān)注。
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展促進(jìn)了導(dǎo)航與位置服務(wù)等新興產(chǎn)業(yè)的形成，我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、歐洲Galileo系統(tǒng)的建設(shè)，以及美國(guó)GPS、俄羅斯GLONASS等全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)代化進(jìn)程為優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)航與位置服務(wù)提供了新的契機(jī)。
二、RTK、PPP與PPP-RTK對(duì)比
PPP-RTK通過狀態(tài)域建模，將基準(zhǔn)站“觀測(cè)值誤差”分解為衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星相位偏差、電離層延遲、對(duì)流程延遲等“狀態(tài)量誤差”，因此RTK和PPP/PPP-RTK也分別稱為“觀測(cè)值域差分”和“狀態(tài)域差分”。不嚴(yán)格的說，數(shù)學(xué)意義上可以認(rèn)為衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星相位偏差、電離層延遲、對(duì)流程延遲等狀態(tài)量誤差構(gòu)成了GNSS觀測(cè)誤差空間的一組極大線性無關(guān)向量組，即構(gòu)成了GNSS觀測(cè)誤差空間的一組基。該空間中任意向量，即觀測(cè)值誤差都可以認(rèn)為是該組基向量的線性組合：基向量在對(duì)應(yīng)衛(wèi)星-接收機(jī)視線方向上的投影。
一個(gè)線性空間可以有無數(shù)組基（除零空間），所以GNSS觀測(cè)誤差空間一定也可以由其他基向量表達(dá)？是的，通過選取一組基準(zhǔn)站“觀測(cè)值誤差”作為基向量，也能實(shí)現(xiàn)全球PPP-RTK服務(wù)。這不正是從NRTK，URTK走向PPP-RTK的方式嗎？從這個(gè)角度理解，天上衛(wèi)星和地面基準(zhǔn)站對(duì)于定位服務(wù)來說可能并沒有什么區(qū)別。然而與衛(wèi)星軌道鐘差、相位偏差、大氣延遲這組基相比，“觀測(cè)值誤差”基向量的選擇并不容易：既要保證相互獨(dú)立，又要能張成整個(gè)空間（目前RTK觀測(cè)值域誤差向量即不相互獨(dú)立，也難以張成整個(gè)空間），更麻煩的是該組基如何投影至衛(wèi)星-接收機(jī)視線方向并不直觀。
PPP-RTK中“PPP”體現(xiàn)在狀態(tài)域參數(shù)：衛(wèi)星軌道鐘差、相位偏差等；“RTK”則體現(xiàn)在觀測(cè)域參數(shù)：電離層延遲、對(duì)流程延遲等。PPP-RTK也面臨不同區(qū)域“大氣延遲”各異，因此對(duì)通信帶寬要求高，難以滿足星基廣播式增強(qiáng)服務(wù)需求的挑戰(zhàn)。
PPP-RTK從觀測(cè)值層面實(shí)現(xiàn)了PPP與RTK的“緊組合”，以一種更優(yōu)雅的方式解決了RTK“依賴于密集基準(zhǔn)站資源，當(dāng)多個(gè)CORS網(wǎng)間存在覆蓋盲區(qū)時(shí)難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)服務(wù)”的問題：有密集基準(zhǔn)站與RTK相當(dāng)、無密集基準(zhǔn)站與PPP相當(dāng)，無縫過渡。
從收斂速度、定位精度、覆蓋范圍三個(gè)維度進(jìn)一步對(duì)比了RTK、PPP以及PPP-RTK三種模式的導(dǎo)航與位置服務(wù)，可以認(rèn)為RTK與PPP是PPP-RTK服務(wù)模式的特例或延伸，因此PPP-RTK具有較高的伸縮性。
相比于RTK和PPP，PPP-RTK是一種更具彈性的服務(wù)模式，與楊元喜院士提出的彈性PNT服務(wù)體系更為契合。PPP-RTK服務(wù)模式的彈性體現(xiàn)在，衛(wèi)星軌道鐘差、相位偏差作為GNSS高精度定位的基礎(chǔ)，可采用狀態(tài)域表達(dá)實(shí)現(xiàn)星基增強(qiáng)服務(wù)，對(duì)于電離層延遲、對(duì)流層延遲增強(qiáng)，則可通過采樣頻率的調(diào)整以滿足不同參考站密度、不同播發(fā)帶寬、不同用戶性能需求。武漢大學(xué)學(xué)者張小紅等指出，同時(shí)兼顧模型精度與模型數(shù)據(jù)量的電離層延遲建模方法也是PPP-RTK需要解決的重要問題之一。
PPP作為北斗三號(hào)全球系統(tǒng)七大規(guī)劃公開服務(wù)類型之一，已利用三顆GEO衛(wèi)星B2b信號(hào)I支路為中國(guó)及周邊地區(qū)用戶提供30分鐘內(nèi)收斂的分米級(jí)免費(fèi)服務(wù)，播發(fā)數(shù)據(jù)速率500bps，并預(yù)計(jì)將進(jìn)一步增加播發(fā)帶寬，進(jìn)一步提升精度，減少收斂時(shí)間。顯然PPP-RTK成為潛在的升級(jí)方案。
瞬時(shí)厘米級(jí)是RTK主要優(yōu)勢(shì)，全球低成本是PPP的主要優(yōu)勢(shì)。PPP-RTK不僅從算法層面統(tǒng)一了RTK與PPP，在實(shí)際應(yīng)用中也同時(shí)具備兩者優(yōu)勢(shì)，而RTK與PPP分別可看作是PPP-RTK服務(wù)模式的特例或延伸。當(dāng)跟蹤站網(wǎng)密度、播發(fā)帶寬相同時(shí)，PPP-RTK能分別達(dá)到（甚至優(yōu)于）RTK和PPP各自導(dǎo)航定位性能。
PPP-RTK中“PPP”體現(xiàn)在狀態(tài)域參數(shù)：衛(wèi)星軌道鐘差、相位偏差等，可由狀態(tài)向量表達(dá)，實(shí)現(xiàn)星基厘米級(jí)高精度增強(qiáng)；而PPP-RTK中“RTK”則體現(xiàn)在觀測(cè)域參數(shù)：電離層延遲、對(duì)流程延遲等，通常采用一組離散化的時(shí)空采樣點(diǎn)描述，同時(shí)可通過采樣頻率的調(diào)整以滿足不同參考站密度、不同播發(fā)帶寬、不同用戶性能需求。因此，相對(duì)于RTK和PPP,PPP-RTK是一種更具彈性的高精度導(dǎo)航定位服務(wù)模式。
以上就是關(guān)于RTK、PPP、PPP-RTK三種衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)詳解，本文內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，出于傳遞信息及學(xué)習(xí)之目的，不代表本網(wǎng)站的觀點(diǎn)、立場(chǎng)，本網(wǎng)站不對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，僅供參考，
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