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精确点定位中的模糊解决方法

精确点定位中的模糊解决方法

精确点定位技术(PPP)中的模糊解决方法是一种解决载波相位测量中整数模糊的方法。其主要目标是将 PPP 的精度从厘米级提升到毫米级。这些整数值的解锁使 PPP 能够提高定位精度并缩短收敛时间。将 PPP 与模糊性解析(AR)相结合的方法通常称为 PPP-AR,它利用了精心建模的相位和代码偏差以及高保真卫星时钟产品。

模糊性解析过程有助于减少不确定性,并使估计器能够将相位测量值视为固定整数。这反过来又能提高可靠性和准确性。我们对多个分析中心生成的相位偏差产品的互操作性和交叉验证进行了研究。这项分析的目的是鼓励采用一致的标准,促进结果的组合,并推动实时实施。

在实践中,即使在具有挑战性的信号条件下,解决 PPP 中的模糊性问题也已证明能够加快收敛速度、提高固定率并加强定位完整性。随着GNSS 星群的扩大和建模技术的改进,具有模糊性分辨率的 PPP 正在成为高精度应用(从勘测到自主导航)的关键工具。

SBG Systems SBGSBG Systems 开发了一种名为 Orbi AR(模糊性分辨率)的新技术,该技术无需依赖本地基准站或密集的地面基础设施,即可通过GNSS 实现厘米级精度。

在本节中,我们将探讨正在改变平衡的关键因素,包括部署速度、操作弹性和用户体验,为在现代复杂的工作场所选择 Orbi AR 的多功能性和易用性而非 RTK 的传统限制提供明确的理由。

RTK 通过两个接收器工作:

  • 基站接收器设置在一个已知的固定位置,它通过比较已知位置和接收到的GNSS 信号来计算误差。
  • 漫游车(静态/动态)从附近的基站接收器接收误差修正,并将其应用于自身信号,从而获得高精度的相对位置。

精度非常高,但漫游车必须离基站相对较近(通常为 10 至 30 千米,取决于大气条件),因为许多误差(如大气延迟)都是局部的。

Orbi AR 不使用单个本地基站来查找相对误差,而是使用全球可用的校正数据,完全独立地高精度计算自身的绝对位置。全球校正包括高精度的卫星轨道和时钟信息,以及大气延迟模型。

特点Orbi ARRTK
本地基站不需要必要的
覆盖范围全球当地(单一基地在 30km 范围内;自愿回归服务在 80km 范围内)
准确性静态 2-5 厘米,2 西格玛
运动 2-3 厘米,1 西格玛
厘米(cm)
设置简单(只有一个接收器)复杂(需要本地基础设置)

简单来说,您可以将两者的区别理解为两个学生在准备考试。

Orbi AR 就好比一个学生独自做题,但会对照书本仔细核对答案。虽然私人教师的准确度可能略高,但其设置难度更大,成本也更高。虽然这两种方法都能获得准确的结果,但获得修正的方式--通过附近的导师(RTK)或全球可用的书籍(PPP)--是它们的不同之处。

标准的GNSS 接收器会受到几个重大误差的影响:

  • 卫星轨道错误:卫星与广播信息中显示的位置不符。
  • 卫星时钟误差:卫星的原子钟存在微小但显著的时间误差。
  • 大气延迟:电离层和对流层会减缓和弯曲GNSS 信号。

这些传输误差和定时误差共同导致接收机计算出的位置不准确。有关进一步解释,请参阅GNSS 及其误差源以及大气误差对 RTK 和 PPK 处理的影响。

Orbi AR 的核心原理是利用精确的修正数据来完善上述误差:

  • 国际GNSS 服务组织(IGS)对每颗卫星的精确轨道和精确时钟误差进行了极其精确的计算。
  • 全球基准站网络在所有地区运行,采用复杂的算法进行轨道确定和卫星相位偏差估计。
  • 一旦产生了相位偏差,就会在几个控制站运行一个专门的验证阶段,对使用修正集的每个卫星测量进行控制。
  • 利用双频GNSS 观测来减少电离层延迟,无需回复外部电离层模型即可获得电离层自由测量值
  • 先进的建模技术可估算对流层的延迟,并通过数学方法加以解决。
Orbi AR 修正工作流程
Orbi AR 修正工作流程。|SBG Systems

Orbi AR 代表着精确地理空间数据的收集、可视化和实地利用方式的根本性进步,远远超越了仅卫星定位的传统限制。以下是 Orbi AR 的主要优势:

  • 全球覆盖:无需本地基站,即可在茫茫大海、沙漠或任何偏远地区实现高精确度。
  • 高精度:实现厘米级定位 [测试报告即将发布]
  • 跨地区一致性:提供全球统一的准确性。
  • 收敛时间快:现代技术缩短了达到厘米级精度所需的时间
  • 可扩展性:无需本地基准站,是大众市场和全球应用的理想选择。
  • 成本效益:减少对密集地面校正网络的依赖,降低基础设施成本。

Qinertia是一款后处理软件,它将Orbi AR与Qinertia的大地测量引擎和处理技术相结合,使Orbi AR更上一层楼。

尽管 Orbi AR 解决方案可提供高精度位置,但最终用户仍面临一个重大挑战:将这些结果从 ITRF 2020 转换为本地基准,以便与已知参考点进行比较。这一关键步骤通常需要进行复杂的大地测量转换,这对非专业人员来说具有很高的出错风险。

Qinertia 的内置大地测量引擎可直接解决这一难题。该引擎拥有一个全面的公共转换数据库,可实现无缝、准确的坐标转换。通过在内部处理所有基准转换,Qinertia的引擎消除了潜在错误的主要来源。它可以确保 PPP 导出的位置自动并正确地表达在用户所需的坐标系中,从而使从原始数据到可用的本地化结果的整个工作流程变得更简单、更可靠。

Qinertia的处理核心旨在最大限度地提高 Orbi AR 的可靠性,它采用了前向、后向和合并技术,从而提高了收敛时间,降低了噪声,增强了可靠性。

GNSS 中断期间的后处理错误
在GNSS 中断期间向前、向后和合并传递的典型行为。|SBG Systems

此外,处理模式紧密耦合 PPP 融合了来自GNSS 接收机的原始测量数据,并将其与IMU 在基本层面上相结合,从而提供更稳健、更连续的导航解决方案。与IMU 紧密耦合可提供额外的约束条件,有助于缩短收敛时间,并显著加快信号丢失后的重新收敛速度。

多传感器 EKF 图表
多传感器 EKF 框图。|SBG Systems

Qinertia Cloud 是由Qinertia 提供支持的先进的基于云的GNSS 后处理网络平台。利用最先进的 Orbi AR 技术,Qinertia Cloud 可直接在网络浏览器中将原始GNSS 数据转化为高精度结果。

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