Die Mehrdeutigkeitsauflösung in der Precise Point Positioning-Technologie (PPP) ist ein Verfahren zur Auflösung ganzzahliger Mehrdeutigkeiten in den Trägerphasenmessungen. Das primäre Ziel ist es, PPP von zentimetergenauer auf millimetergenaue Zuverlässigkeit zu bringen. Die Entschlüsselung dieser ganzzahligen Werte versetzt PPP in die Lage, die Positionierungsgenauigkeit zu erhöhen und die Konvergenzzeiten zu verkürzen. Der Ansatz, der PPP mit der Mehrdeutigkeitsauflösung (Ambiguity Resolution, AR) kombiniert – oft als PPP-AR bezeichnet –, nutzt sorgfältig modellierte Phasen- und Codetäuschungen (Biases) sowie hochpräzise Satelliten-Uhrprodukte.
Der Prozess der Mehrdeutigkeitsauflösung dient der Reduzierung von Unsicherheiten und versetzt den Schätzer in die Lage, Phasenmessungen als feste Integer-Werte zu behandeln. Dies hat wiederum eine Erhöhung von Zuverlässigkeit und Genauigkeit zur Folge. Wir haben die Interoperabilität und Kreuzvalidierung von Phasen-Bias-Produkten untersucht, die von mehreren Analysezentren generiert wurden. Das Ziel dieser Analyse ist es, konsistente Standards zu fördern, die Kombination von Ergebnissen zu erleichtern und die Echtzeit-Implementierung voranzutreiben.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Mehrdeutigkeitsauflösung innerhalb von PPP die Konvergenz beschleunigt, die Fixraten verbessert und die Positionsintegrität stärkt – selbst unter schwierigen Signalbedingungen. Mit der Expansion von GNSS-Konstellationen und verbesserten Modellierungstechniken entwickelt sich PPP mit Ambiguity Resolution zu einem Schlüsselwerkzeug für Hochpräzisionsanwendungen, die von der Vermessung bis zur autonomen Navigation reichen.
SBG Systems hat eine neue Technologie namens Orbi AR (Ambiguity Resolution) entwickelt, die zentimetergenaue GNSS-Präzision liefert, ohne auf lokale Referenzstationen oder eine dichte Bodeninfrastruktur angewiesen zu sein.
Warum sollte man Orbi AR statt RTK verwenden?
In diesem Abschnitt werden wir die entscheidenden Faktoren untersuchen – darunter die Geschwindigkeit der Bereitstellung, die Betriebssicherheit und die Benutzererfahrung –, die den Ausschlag geben und eine klare Begründung dafür liefern, warum die Vielseitigkeit und Zugänglichkeit von Orbi AR den herkömmlichen Einschränkungen von RTK an modernen, komplexen Einsatzorten vorzuziehen sind.
RTK – Differentielles GNSS
RTK funktioniert mit zwei Empfängern:
- Ein Basisstations-Empfänger wird an einem bekannten, festen Standort eingerichtet und berechnet Fehler, indem er seine bekannte Position mit dem empfangenen GNSS-Signal vergleicht.
- Ein Rover (statisch/kinematisch), der die Fehlerkorrekturen von einem nahegelegenen Basisstationsempfänger empfängt und diese auf sein eigenes Signal anwendet, um eine hochgenaue relative Position zu ermitteln.
Die Genauigkeit ist sehr hoch, allerdings muss sich der Rover relativ nahe an der Basisstation befinden (in der Regel 10 bis 30 km, je nach atmosphärischen Bedingungen), da viele Fehler (wie beispielsweise atmosphärische Verzögerungen) lokal begrenzt sind.
Orbi AR – Präzise Punktpositionierung
Anstatt eine einzelne lokale Basisstation zur Ermittlung relativer Fehler zu nutzen, berechnet Orbi AR seine eigene absolute Position völlig unabhängig und mit hoher Genauigkeit anhand weltweit verfügbarer Korrekturdaten. Die globalen Korrekturdaten umfassen hochpräzise Informationen zu Satellitenbahnen und -uhren sowie Modelle für atmosphärische Verzögerungen.
| Funktion | Orbi AR | RTK |
|---|---|---|
| Lokale Basisstation | Nicht erforderlich | Erforderlich |
| Umfang | Weltweit | Lokal (ein Standort im Umkreis von 30 km; VRS im Umkreis von 80 km) |
| Genauigkeit | Statisch 2–5 cm bei 2 Sigma Kinematisch 2–3 cm bei 1 Sigma | Zentimeter (cm) |
| Einrichtung | Einfach (nur ein Empfänger) | Komplex (erfordert die Einrichtung einer lokalen Basisstation) |
Einfach ausgedrückt, kann man den Unterschied mit zwei Studenten vergleichen, die sich auf eine Prüfung vorbereiten. RTK ist wie ein Student, der Nachhilfe nimmt, wobei der eine bereits die richtige Antwort kennt und seine Erfahrung nutzt, um dem anderen bei der Korrektur von Fehlern zu helfen.
Orbi AR hingegen ist wie ein einzelner Student, der alleine arbeitet, aber seine Antworten sorgfältig mit einem Buch abgleicht. Während der Nachhilfelehrer möglicherweise etwas genauer ist, ist er wesentlich schwieriger einzurichten und teurer. Und obwohl beide Ansätze zu genauen Ergebnissen führen, ist die Art und Weise, wie Korrekturen erhalten werden — durch einen Nachhilfelehrer in der Nähe (RTK) oder ein weltweit verfügbares Buch (PPP) — das, was sie unterscheidet.
Wie funktioniert Orbi AR?
Ein Standard-GNSS-Empfänger ist von mehreren erheblichen Fehlern betroffen:
- Fehler bei der Satellitenbahn: Der Satellit befindet sich nicht genau dort, wo es seine Sendesignale angeben.
- Fehler bei Satellitenuhren: Die Atomuhr des Satelliten weist winzige, aber dennoch signifikante Zeitabweichungen auf.
- Atmosphärische Verzögerungen: Ionosphäre und Troposphäre verlangsamen und brechen die GNSS-Signale.
Diese Übertragungs- und Zeitfehler summieren sich zu Ungenauigkeiten in der vom Empfänger berechneten Position. Weitere Erklärungen finden Sie unter GNSS und dessen Fehlerquellen sowie den Auswirkungen atmosphärischer Fehler auf die RTK- und PPK-Verarbeitung.
Das Kernprinzip von Orbi AR besteht darin, die oben genannten Fehler mithilfe präziser Korrekturdaten zu verfeinern:
- Der International GNSS Service (IGS) berechnet die exakte Umlaufbahn und den exakten Uhrenfehler für jeden Satelliten mit äußerster Präzision.
- Ein Globales Referenzstationsnetzwerk ist in allen Regionen tätig und wendet komplexe Algorithmen zur Orbitbestimmung und Satellitenphasen-Bias-Schätzung an.
- Sobald die Phasenverschiebung erzeugt ist, wird an mehreren Kontrollstationen eine spezielle Verifizierungsstufe durchgeführt, bei der jede verwendete Satellitenmessung anhand der festgelegten Korrekturen überprüft wird.
- Nutzt Zweifrequenz-GNSS-Beobachtungen zur Minderung der ionosphärischen Verzögerung, um ionosphärenfreie Messungen zu erhalten, ohne auf externe Ionosphärenmodelle angewiesen zu sein
- Zur Abschätzung und mathematischen Berechnung der Verzögerung durch die Troposphäre werden fortgeschrittene Modellierungsverfahren eingesetzt.
Die wichtigsten Vorteile von Orbi AR
Orbi AR stellt einen grundlegenden Fortschritt bei der Erfassung, Visualisierung und Nutzung präziser Geodaten im Außeneinsatz dar und geht weit über die herkömmlichen Grenzen der reinen Satellitenortung hinaus. Im Folgenden sind die wichtigsten Vorteile von Orbi AR aufgeführt:
- Weltweite Abdeckung: Hohe Genauigkeit mitten auf dem Ozean, in der Wüste oder an jedem anderen abgelegenen Ort, ohne dass eine lokale Basisstation erforderlich ist.
- Hohe Genauigkeit: Positionierung im Zentimeterbereich [Testbericht folgt in Kürze]
- Regionsübergreifende Konsistenz: weltweit einheitliche Genauigkeit gewährleisten.
- Schnelle Konvergenzzeit: Dank moderner Technik lässt sich die Zeit bis zum Erreichen einer Genauigkeit im Zentimeterbereich verkürzen
- Skalierbarkeit: ideal für Massenmarkt- und globale Anwendungen, da keine lokalen Referenzstationen erforderlich sind.
- Kosteneffizienz: Verringerung der Abhängigkeit von dichten bodengestützten Korrekturnetzwerken, wodurch die Infrastrukturkosten gesenkt werden.
Orbi AR in der Qinertia-Software
Qinertia, die Post-Processing-Software, hebt Orbi AR auf die nächste Stufe, indem sie es mit der Geodäsie-Engine und den Verarbeitungstechnologien von Qinertia kombiniert.
Geodesy Engine: Die Genauigkeit von Orbi AR in den lokalen Kontext übertragen
Während Orbi AR-Lösungen hochpräzise Positionen liefern, bleibt für Endbenutzer eine große Herausforderung bestehen: die Übertragung dieser Ergebnisse aus dem ITRF 2020 in ein lokales Datum zum Vergleich mit bekannten Referenzpunkten. Dieser entscheidende Schritt erfordert oft komplexe geodätische Transformationen, was ein hohes Fehler Risiko für Nicht-Experten darstellt.
Qinertia begegnet dieser Herausforderung direkt mit seiner integrierten Geodäsie-Engine. Diese Engine verfügt über eine umfassende Datenbank öffentlicher Transformationen und ermöglicht so eine nahtlose und präzise Koordinatentransformation. Da Qinertia alle Datumstransformationen intern abwickelt, beseitigt es eine wesentliche potenzielle Fehlerquelle. Es sorgt dafür, dass aus PPP abgeleitete Positionen automatisch und korrekt im gewünschten Koordinatensystem des Benutzers ausgedrückt werden, wodurch der gesamte Arbeitsablauf von den Rohdaten zu nutzbaren, lokalisierten Ergebnissen einfacher und zuverlässiger wird.
Verarbeitungstechnologie: Kombination von Orbi AR und IMU für unvergleichliche Zuverlässigkeit
Der Verarbeitungskern von Qinertia wurde entwickelt, um die Zuverlässigkeit von Orbi AR zu maximieren. Er nutzt Vorwärts-, Rückwärts- und Zusammenführungstechnologien, was die Konvergenzzeit verbessert, Rauschen reduziert und die Zuverlässigkeit erhöht.
Darüber hinaus verknüpft der Verarbeitungsmodus Tightly Coupled PPP die Rohmessungen des GNSS-Empfängers auf fundamentaler Ebene mit einer IMU, um eine noch robustere und kontinuierlichere Navigationslösung zu erzielen. Eine feste Kopplung (Tightly Coupling) mit einer IMU bietet zusätzliche Randbedingungen, wodurch Konvergenzzeiten verkürzt und die Reaktivierung nach einem Signalverlust erheblich beschleunigt werden.
Orbi AR in Qinertia Cloud
Qinertia Cloud ist eine erweiterte, cloudbasierte GNSS-Post-Processing-Webplattform, angetrieben von Qinertia. Mit modernster Orbi AR-Technologie wandelt Qinertia Cloud Ihre GNSS-Rohdaten direkt in Ihrem Webbrowser in hochpräzise Ergebnisse um.
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