一篇文章詳解RTK、PPP、PPP-RTK三種衛星測量技術，值得收藏
發布時間：2021-10-09 11:11:43
說到衛星測量技術，當屬實時動態定位RTK、精密單點定位ppp應用得比較廣泛，也是高精度衛星導航定位技術中頗具代表性的。而近年來PPP-RTK受到了國內外研究學者以及導航從業者的極大關注，本篇文章將為您詳細介紹RTK、PPP、PPP-RTK三種衛星測量技術，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實時動態定位，全稱Real-Time Kinematic
RTK由差分定位技術發展而來，其原理是衛星軌道誤差、衛星鐘差、電離層延遲、對流層延遲等誤差對相距不遠的GNSS站影響接近，因此可以通過站間觀測值差分消除，進而實現相位模糊度的快速固定與瞬時厘米級定位。顯然，RTK技術需要架設基站，因此作業方式不靈活，成本也相對較高，而且隨著用戶與基準站距離的增加，其定位效果顯著降低。
2、精密單點定位PPP，全稱Precise Point Positioning
PPP由非差定位技術發展而來，是一種全球尺度的定位技術，PPP通過全球分布的約100個基準站解算高精度衛星星歷產品修正用戶軌道、鐘差誤差等，即可獲得靜態毫米至厘米級，動態厘米至分米級的定位服務。
缺點：與RTK瞬時厘米級相比，PPP需要近30分鐘才能實現精密定位的初始化，且信號失鎖后的重新初始化時間與首次初始化時間幾乎一樣長，因而限制了其在實時應用中的普及。
3、PPP-RTK，實時GNSS高精度導航定位服務
自上世紀八十年代GPS靜態長基線解算開始，高精度GNSS數據處理發展至今已三十余年。隨著實時GNSS高精度導航定位服務的普及，近年來PPP-RTK受到了國內外研究學者以及導航從業者的極大關注。
移動互聯網的發展促進了導航與位置服務等新興產業的形成，我國北斗衛星導航系統、歐洲Galileo系統的建設，以及美國GPS、俄羅斯GLONASS等全球衛星導航系統的現代化進程為優質的導航與位置服務提供了新的契機。
二、RTK、PPP與PPP-RTK對比
PPP-RTK通過狀態域建模，將基準站“觀測值誤差”分解為衛星軌道、衛星鐘差、衛星相位偏差、電離層延遲、對流程延遲等“狀態量誤差”，因此RTK和PPP/PPP-RTK也分別稱為“觀測值域差分”和“狀態域差分”。不嚴格的說，數學意義上可以認為衛星軌道、衛星鐘差、衛星相位偏差、電離層延遲、對流程延遲等狀態量誤差構成了GNSS觀測誤差空間的一組極大線性無關向量組，即構成了GNSS觀測誤差空間的一組基。該空間中任意向量，即觀測值誤差都可以認為是該組基向量的線性組合：基向量在對應衛星-接收機視線方向上的投影。
一個線性空間可以有無數組基（除零空間），所以GNSS觀測誤差空間一定也可以由其他基向量表達？是的，通過選取一組基準站“觀測值誤差”作為基向量，也能實現全球PPP-RTK服務。這不正是從NRTK，URTK走向PPP-RTK的方式嗎？從這個角度理解，天上衛星和地面基準站對于定位服務來說可能并沒有什么區別。然而與衛星軌道鐘差、相位偏差、大氣延遲這組基相比，“觀測值誤差”基向量的選擇并不容易：既要保證相互獨立，又要能張成整個空間（目前RTK觀測值域誤差向量即不相互獨立，也難以張成整個空間），更麻煩的是該組基如何投影至衛星-接收機視線方向并不直觀。
一組基能用最少的向量表達整個空間，因此相比于從觀測值域差分RTK，狀態域差分PPP-RTK能夠以較小的通訊帶寬實現廣域（甚至全球）服務覆蓋。
PPP-RTK中“PPP”體現在狀態域參數：衛星軌道鐘差、相位偏差等；“RTK”則體現在觀測域參數：電離層延遲、對流程延遲等。PPP-RTK也面臨不同區域“大氣延遲”各異，因此對通信帶寬要求高，難以滿足星基廣播式增強服務需求的挑戰。
PPP-RTK從觀測值層面實現了PPP與RTK的“緊組合”，以一種更優雅的方式解決了RTK“依賴于密集基準站資源，當多個CORS網間存在覆蓋盲區時難以實現連續服務”的問題：有密集基準站與RTK相當、無密集基準站與PPP相當，無縫過渡。
從收斂速度、定位精度、覆蓋范圍三個維度進一步對比了RTK、PPP以及PPP-RTK三種模式的導航與位置服務，可以認為RTK與PPP是PPP-RTK服務模式的特例或延伸，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模式，與楊元喜院士提出的彈性PNT服務體系更為契合。PPP-RTK服務模式的彈性體現在，衛星軌道鐘差、相位偏差作為GNSS高精度定位的基礎，可采用狀態域表達實現星基增強服務，對于電離層延遲、對流層延遲增強，則可通過采樣頻率的調整以滿足不同參考站密度、不同播發帶寬、不同用戶性能需求。武漢大學學者張小紅等指出，同時兼顧模型精度與模型數據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作為北斗三號全球系統七大規劃公開服務類型之一，已利用三顆GEO衛星B2b信號I支路為中國及周邊地區用戶提供30分鐘內收斂的分米級免費服務，播發數據速率500bps，并預計將進一步增加播發帶寬，進一步提升精度，減少收斂時間。顯然PPP-RTK成為潛在的升級方案。
首先模擬采用2000bps帶寬實現歐洲區域GPS、Galileo與GLONASS多系統PPP-RTK服務，實驗中各用戶站定位每10分鐘重啟。跟蹤站網分布，定位68%收斂序列。采用星基多系統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，平面和高程統計精度RMS分別為1厘米和2.5厘米。
瞬時厘米級是RTK主要優勢，全球低成本是PPP的主要優勢。PPP-RTK不僅從算法層面統一了RTK與PPP，在實際應用中也同時具備兩者優勢，而RTK與PPP分別可看作是PPP-RTK服務模式的特例或延伸。當跟蹤站網密度、播發帶寬相同時，PPP-RTK能分別達到（甚至優于）RTK和PPP各自導航定位性能。
PPP-RTK中“PPP”體現在狀態域參數：衛星軌道鐘差、相位偏差等，可由狀態向量表達，實現星基厘米級高精度增強；而PPP-RTK中“RTK”則體現在觀測域參數：電離層延遲、對流程延遲等，通常采用一組離散化的時空采樣點描述，同時可通過采樣頻率的調整以滿足不同參考站密度、不同播發帶寬、不同用戶性能需求。因此，相對于RTK和PPP,PPP-RTK是一種更具彈性的高精度導航定位服務模式。
以上就是關于RTK、PPP、PPP-RTK三種衛星測量技術詳解，本文內容來源于網絡轉載，出于傳遞信息及學習之目的，不代表本網站的觀點、立場，本網站不對其真實性負責，僅供參考，
一、RTK、PPP、PPP-RTK概述
1、RTK實時動態定位，全稱Real-Time Kinematic
RTK由差分定位技術發展而來，其原理是衛星軌道誤差、衛星鐘差、電離層延遲、對流層延遲等誤差對相距不遠的GNSS站影響接近，因此可以通過站間觀測值差分消除，進而實現相位模糊度的快速固定與瞬時厘米級定位。顯然，RTK技術需要架設基站，因此作業方式不靈活，成本也相對較高，而且隨著用戶與基準站距離的增加，其定位效果顯著降低。
2、精密單點定位PPP，全稱Precise Point Positioning
PPP由非差定位技術發展而來，是一種全球尺度的定位技術，PPP通過全球分布的約100個基準站解算高精度衛星星歷產品修正用戶軌道、鐘差誤差等，即可獲得靜態毫米至厘米級，動態厘米至分米級的定位服務。
缺點：與RTK瞬時厘米級相比，PPP需要近30分鐘才能實現精密定位的初始化，且信號失鎖后的重新初始化時間與首次初始化時間幾乎一樣長，因而限制了其在實時應用中的普及。
自上世紀八十年代GPS靜態長基線解算開始，高精度GNSS數據處理發展至今已三十余年。隨著實時GNSS高精度導航定位服務的普及，近年來PPP-RTK受到了國內外研究學者以及導航從業者的極大關注。
移動互聯網的發展促進了導航與位置服務等新興產業的形成，我國北斗衛星導航系統、歐洲Galileo系統的建設，以及美國GPS、俄羅斯GLONASS等全球衛星導航系統的現代化進程為優質的導航與位置服務提供了新的契機。
二、RTK、PPP與PPP-RTK對比
PPP-RTK通過狀態域建模，將基準站“觀測值誤差”分解為衛星軌道、衛星鐘差、衛星相位偏差、電離層延遲、對流程延遲等“狀態量誤差”，因此RTK和PPP/PPP-RTK也分別稱為“觀測值域差分”和“狀態域差分”。不嚴格的說，數學意義上可以認為衛星軌道、衛星鐘差、衛星相位偏差、電離層延遲、對流程延遲等狀態量誤差構成了GNSS觀測誤差空間的一組極大線性無關向量組，即構成了GNSS觀測誤差空間的一組基。該空間中任意向量，即觀測值誤差都可以認為是該組基向量的線性組合：基向量在對應衛星-接收機視線方向上的投影。
一個線性空間可以有無數組基（除零空間），所以GNSS觀測誤差空間一定也可以由其他基向量表達？是的，通過選取一組基準站“觀測值誤差”作為基向量，也能實現全球PPP-RTK服務。這不正是從NRTK，URTK走向PPP-RTK的方式嗎？從這個角度理解，天上衛星和地面基準站對于定位服務來說可能并沒有什么區別。然而與衛星軌道鐘差、相位偏差、大氣延遲這組基相比，“觀測值誤差”基向量的選擇并不容易：既要保證相互獨立，又要能張成整個空間（目前RTK觀測值域誤差向量即不相互獨立，也難以張成整個空間），更麻煩的是該組基如何投影至衛星-接收機視線方向并不直觀。
PPP-RTK中“PPP”體現在狀態域參數：衛星軌道鐘差、相位偏差等；“RTK”則體現在觀測域參數：電離層延遲、對流程延遲等。PPP-RTK也面臨不同區域“大氣延遲”各異，因此對通信帶寬要求高，難以滿足星基廣播式增強服務需求的挑戰。
PPP-RTK從觀測值層面實現了PPP與RTK的“緊組合”，以一種更優雅的方式解決了RTK“依賴于密集基準站資源，當多個CORS網間存在覆蓋盲區時難以實現連續服務”的問題：有密集基準站與RTK相當、無密集基準站與PPP相當，無縫過渡。
從收斂速度、定位精度、覆蓋范圍三個維度進一步對比了RTK、PPP以及PPP-RTK三種模式的導航與位置服務，可以認為RTK與PPP是PPP-RTK服務模式的特例或延伸，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模式，與楊元喜院士提出的彈性PNT服務體系更為契合。PPP-RTK服務模式的彈性體現在，衛星軌道鐘差、相位偏差作為GNSS高精度定位的基礎，可采用狀態域表達實現星基增強服務，對于電離層延遲、對流層延遲增強，則可通過采樣頻率的調整以滿足不同參考站密度、不同播發帶寬、不同用戶性能需求。武漢大學學者張小紅等指出，同時兼顧模型精度與模型數據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作為北斗三號全球系統七大規劃公開服務類型之一，已利用三顆GEO衛星B2b信號I支路為中國及周邊地區用戶提供30分鐘內收斂的分米級免費服務，播發數據速率500bps，并預計將進一步增加播發帶寬，進一步提升精度，減少收斂時間。顯然PPP-RTK成為潛在的升級方案。
瞬時厘米級是RTK主要優勢，全球低成本是PPP的主要優勢。PPP-RTK不僅從算法層面統一了RTK與PPP，在實際應用中也同時具備兩者優勢，而RTK與PPP分別可看作是PPP-RTK服務模式的特例或延伸。當跟蹤站網密度、播發帶寬相同時，PPP-RTK能分別達到（甚至優于）RTK和PPP各自導航定位性能。
PPP-RTK中“PPP”體現在狀態域參數：衛星軌道鐘差、相位偏差等，可由狀態向量表達，實現星基厘米級高精度增強；而PPP-RTK中“RTK”則體現在觀測域參數：電離層延遲、對流程延遲等，通常采用一組離散化的時空采樣點描述，同時可通過采樣頻率的調整以滿足不同參考站密度、不同播發帶寬、不同用戶性能需求。因此，相對于RTK和PPP,PPP-RTK是一種更具彈性的高精度導航定位服務模式。
以上就是關于RTK、PPP、PPP-RTK三種衛星測量技術詳解，本文內容來源于網絡轉載，出于傳遞信息及學習之目的，不代表本網站的觀點、立場，本網站不對其真實性負責，僅供參考，
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