使用 Qinertia Ionoshield 模式掌握电离层误差

无论您是在荒野中徒步旅行还是在繁忙的城市街道上行驶，GNSS 都是一个可靠的伙伴，以最高的精度为您提供导航。虽然受到电离层活动（即所谓的电离层误差）的强烈影响。我们提供了一种新的解决方案来纠正它：带有 Ionoshield 模式的 Qinertia。

GNSS 简介

全球卫星导航系统 (GNSS) 是指一组卫星星座，它们从太空发射将定位和定时数据传输给 GNSS 接收器的信号。农业、测绘、交通、导航——GNSS 技术在各行各业和日常生活中有着广泛的应用。

目前运行的一些最著名的 GNSS 系统是：

• 全球定位系统或GPS，由美国国防部开发，是一个绕地球运行的卫星网络。目前有30颗运行中的GPS卫星。这些卫星不断发射信号，其中包含有关其精确位置和时间的信息。
• 全球导航卫星系统（GNSS 或 GLONASS）是俄罗斯开发的一种基于卫星的导航系统。该系统最初由 24 颗卫星组成星座。
• Galileo 是欧盟的全球导航卫星系统。它旨在为欧洲和其他地区提供独立的定位系统。
• 北斗卫星导航系统 (BDS) 是中国的 GNSS。它最初提供区域覆盖，但随着北斗三号星座的建成，它现在提供全球导航服务。

大气误差

GNSS 定位中最主要的误差来源之一可归因于大气层。由于卫星和 GNSS 信号接收器相距遥远，GNSS 信号在卫星和接收器之间传播数千公里。在此传播过程中，信号会穿过大气层。

电离层是地球上方 50 至 1000 公里之间的大气层。地球的这一外层包含带电粒子，称为离子。它们显著影响 GNSS 信号的传输，导致其失真和延迟。

由于大气误差的性质不断变化，难以预测，因此很难确定它们对计算位置的精确影响。

电离层活动引起的延迟可能因以下因素而异：

• 一天中的时间
• 一年中的季节
• 地理位置
• 太阳活动

基线

大气误差还取决于参考基站与流动站接收器之间的距离。基站与流动站之间的距离称为基线。如果未将基线误差考虑在内，它们会导致显著的定位误差，尤其是在长基线应用中。

基站安装在精确已知的位置。它估计 GNSS 误差并不断向流动站接收器发送校正数据。

然后，流动站接收器使用此数据来校正所有误差并计算确切位置。当基站和流动站距离较近时，此方法效果很好。

我们知道，当多个接收器并排放在开阔区域时，它们往往具有相似的误差。基站和流动站接收器都会经历由电离层引起的相同延迟，因此具有相同的误差。这被称为标准 GNSS 误差。

由于这一独特特性，我们可以更准确地计算接收器之间的相对距离。这使系统更容易纠正大气误差。

为什么现在对长基线特别感兴趣？

当基线较长时，电离层活动会在基准站和流动站之间引入显著的偏差。随着太阳活动增强，电离层的波动也会加剧。

每隔十一年，太阳磁场就会完全翻转一次。

这会导致太阳活动加剧（峰值出现在 2023 年至 2025 年之间）。许多现代校正软件都提供了用于处理长基线和太阳活动的解决方案。

GNSS 用户如何最大限度地减少电离层活动增加的影响？

为了减少电离层活动增加对 GNSS 运行的影响：

• 确保您的 GNSS 传感器拥有最新的软件，以便在 GNSS 跟踪和定位中获得最佳性能。
• 如果可以访问，请使用各种 GNSS 系统，如 GPS、GLONASS、Galileo 和 Baidu。这增加了用于定位的观测数量，并引入了更广泛的跟踪 GNSS 信号。更多的数据带来更大的可靠性。
• 在高精度测绘任务中，需要在不同的时间和不同的电离层条件下进行两次或多次测量。
• 使用各种 GNSS 校正服务提供商检查您所在区域当前电离层的影响。
• 选择符合您要求的 GNSS 校正方法。

GNSS 误差校正：RTK 与 PPK

想象一个完美的世界：接收信号的设备没有误差，卫星没有问题，大气没有干扰。在这个理想的世界里，GNSS 可以以极高的精度精确定位位置。

但在现实中，可能会发生误差。有一种方法可以减少这些误差。这就是各种差分 GPS（即 DGPS）的作用。DGPS 通过使用来自多个接收器的信息来估计误差并将其消除来工作。

诸如测量等应用需要更高的精度。这取决于接收器的技术和校正能力。

可以应用各种校正方法来处理接收器端误差：

• 实时动态载波相位差分 (RTK)
• 后处理动态载波相位差分 (PPK)

RTK 校正

RTK 使用一个参考点（例如基准站），该参考点靠近我们想要确定其位置的 GPS 设备（称为流动站）。

通过已知基准站的位置并利用算法，RTK 可以消除基准站和流动站共同存在的误差。这些误差可能来自卫星和/或大气。

为了修正来自大气的误差，流动站和基准站必须经历相同的大气误差。这就是它们必须彼此靠近的原因。

借助 RTK，GPS 的精度可高达 1 厘米。这种 RTK 方法对于实现高精度的 GPS 解决方案非常有效，尤其适用于土地测绘。

PPK 校正

PPK 允许对 GNSS 数据进行准确的后处理，以提高位置信息的质量。它在 GNSS 信号条件恶劣的场景中尤其具有价值，能够提供更可靠、更精确的结果。

它广泛应用于无人机测绘、大地测量和资产管理等应用中。

现在最大的问题是哪种校正方法最好？这取决于位置、基线长度、电离层活动、精度要求、可靠性和预算等诸多因素。

RTK 和 PPK GNSS 误差校正方法

让我们比较两种最流行的校正方法：

标准	RTK	PPK
数据校正	提供对所收集位置数据的实时修正。	首先收集整个位置数据，然后在异地提供校正。
后处理	不需要对数据进行后处理，因此无需使用后处理软件。	需要专门的软件。
基站和移动站之间的信号强度	基站和流动站接收器之间必须有持续的连接。信号丢失会导致数据丢失，从而引入更多误差。	不需要基站和漫游器接收器之间有很强的信号强度。
工作环境	在开阔天空条件下效果最佳，当没有树木、建筑物和山脉等障碍物时。当事物阻挡 GNSS 信号时，很难保持可靠的精度。	即使在有障碍物的环境中（如隧道、桥梁、山谷），也能保持分米级的精度。这得益于诸如前后向处理（Backward-Forward processing）等算法技巧。
基线	适用于最长 30 公里的基线。	评估并补偿长基线情况下的电离层误差。
损坏的日志恢复	不适用	可以通过使用“长基线后验”来恢复受强烈太阳活动影响的损坏日志。
太阳活动	计算数据时，不考虑太阳活动。	综合考虑太阳活动，以决定长基线模式还是短基线模式。