高精度定位與相關技術

隨著全球定位技術的不斷發(fā)展，人們對精準定位的需求也逐漸增加，GNSS技術已經成為了自動駕駛等許多關鍵領域的基礎，而伴隨著新興技術的出現(xiàn)與硬需求，GNSS的定位精度要求也越來越高，因此高精定位技術也越發(fā)重要。

01關于GNSS與定位精度

1****GNSS技術發(fā)展

GNSS技術，即全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)，目前有美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo和中國的北斗，可以為全球用戶提供高精度的定位、導航和定時服務。GNSS系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量在不斷增加，目前已經超過100顆。這意味著更多的衛(wèi)星可用于提供全球定位服務，從而提高了定位的精確性和覆蓋范圍。

2 不同技術的定位精度

最初的GNSS接收器主要依賴于獨立單頻測量，其定位精度在5-10米左右。這種技術僅使用衛(wèi)星的偽距數(shù)據來計算位置，精度有限。

在技術進步的推動下，多頻接收器開始廣泛使用，接收器能夠同時使用不同頻段的信號。這提高了信號的質量和精度，并有助于減小定位誤差，其定位精度約在3-5m。

隨著GNSS技術進一步發(fā)展，來越多的增強方法被應用到GNSS技術中，如基于偽距的距離修正和誤差建模，允許對衛(wèi)星信號的誤差進行建模和校正，從而提高了定位精度。即通過糾正大氣延遲、鐘差、衛(wèi)星軌道誤差等因素，可以將位置精度提高到1-3米，可以實現(xiàn)在不同應用領域中的高精度定位，包括民航、農業(yè)、測繪等。

目前，GNSS技術已經演進到了能夠實現(xiàn)高精度定位的階段，包括使用載波處理技術來處理衛(wèi)星信號，實施更精確的誤差建模，以及采用RTK（實時差分定位）和PPP（精密點對點）技術。使用這些方法，定位精度可以進一步提高到小于1米，滿足了對精準定位的高要求，如測繪、自動駕駛汽車、無人機和精密農業(yè)等領域的需求。

3 定位誤差與消除方法

（1）誤差來源

然而由于設備、環(huán)境、衛(wèi)星位置等各種原因，GNSS定位不是完全準確的，會受到多種誤差的影響，導致最終的定位有所偏差。常見的誤差來源有：

●電離層誤差（lonospheric errors）

●對流層誤差（Tropospheric errors）

●衛(wèi)星軌道誤差（Satellite orbit errors）

●衛(wèi)星時鐘誤差（Satellite clock errors）

●傳輸噪聲與多徑（RX noise and multipath）

●接收機時鐘誤差（Receiver clock errors）

●用戶等效測距誤差（UERE，user equivalent ranging error）

●水平精度因子（HDOP，horizontal dilution of precision）

（2）如何消除誤差

對于電離層誤差，其影響因素主要是仰角、頻率、正上方電子總量TEC，我們可以通過嵌入klobuchar電離層模型參數(shù)進入導航信息，降低近50%的誤差。此外，也可以通過多頻方法，獲取電離層自由偽距參數(shù)，采用距離校正計算，幾乎可以消除電離層誤差。

此外通過引入地面觀測站的方式可以實現(xiàn)對衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星軌道誤差、電離層誤差、對流層誤差的減少或消除。根據覆蓋區(qū)域和實現(xiàn)方式不同實現(xiàn)機制主要有兩種：

●Observation Space Representation，觀測域校正——小范圍校正，直接利用基站進行校正信息傳輸，例如RTK。

●State Space Representation，狀態(tài)域校正—— 大范圍乃至全球覆蓋，利用中心處理站解算與處理校正信息，并利用互聯(lián)網，衛(wèi)星網絡等傳輸，例如PPP。

（3）通過雙差分方式消除接收機誤差

雙差分（Double-Difference）是全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）定位中的一種差分定位方法，旨在減小或消除定位中的一些誤差來源。與單差分定位不同，雙差分同時考慮了兩個接收器之間的相對位置差異以及兩個衛(wèi)星之間的相對位置差異。這個方法在相對定位和高精度定位應用中非常有用。通過該方式可以有效減小或消除衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星軌道誤差、電離層誤差、對流層誤差，此外還可以消除接收機鐘差。

（4）其他辦法

此外，可以配之其他復雜方法，削弱或消除多徑與噪聲影響，如載波模糊度解算與基線處理。

02RTK、PPP與RTK-PPP技術

1 RTK技術

RTK（Real-Time Kinematic）技術基于兩個GNSS接收器，其中一個充當基準站，另一個作為流動站。基準站精確定位并連續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號，同時記錄數(shù)據，而流動站接收衛(wèi)星信號以定位自身，并從基準站獲取包含校正數(shù)據的RTCM信息來通過差分運算校正誤差。這一過程實現(xiàn)了毫米級的高精度三維實時定位，依賴于實時傳輸?shù)男Ｕ龜?shù)據，適用于測繪、建筑、農業(yè)、無人機導航等多個應用領域。

RTK技術的主要特點是在實時中提供毫米級別的定位精度。RTK是基準站與流動站之間的直接校正信息傳輸，因此可以解決衛(wèi)星、傳輸軌跡以及接收機本身的誤差問題，但覆蓋區(qū)域小，并且精度隨著兩者之間的距離增加而降低。

2 PPP技術

PPP（Precise Point Positioning）技術是一種高精度的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）定位技術，它是一種廣域的部署方案，通過CPF解算衛(wèi)星誤差并傳輸給接收機做校正，允許用戶實現(xiàn)毫米級的三維位置精度，而無需依賴差分基站。與差分定位技術不同，PPP技術不需要在接收器和差分基站之間建立通信鏈接。用戶只需單獨的GNSS接收器和訪問PPP校正數(shù)據的互聯(lián)網連接，即可進行高精度定位。PPP技術適用于全球范圍，因為它不依賴于特定地理區(qū)域內的差分基站，只需有足夠的衛(wèi)星可見性即可進行定位。但通常需要更長收斂時間的衛(wèi)星信號觀測來實現(xiàn)高精度，因此對于需要長時間持續(xù)定位的應用更為適用。