03 PPP-RTK
PPP的定位精度、實(shí)時性在一眾專家的努力下，有了長足進(jìn)步。但是，由于受相位偏差、對流層和電離層延遲等各種殘余誤差的影響，PPP固定解初始化時間仍沒有多大改善，少則也需要20分鐘左右才能實(shí)現(xiàn)固定。為了進(jìn)一步改善實(shí)時PPP定位的精度、可靠性和時效性，德國GEO++公司W(wǎng)übbena博士等人在2005年首次正式提出了PPP-RTK的概念，其基本思想是融合PPP和RTK兩種技術(shù)的優(yōu)勢，利用已經(jīng)建立起來的密集基準(zhǔn)站設(shè)施，精化求解相位偏差、對流層和電離層延遲等參數(shù)，重新生成各類改正信息，并單獨(dú)播發(fā)給流動站使用，以此解決常規(guī) PPP定位中非差模糊度的快速固定難題，從而實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確定位。
PPP-RTK的一種可行的系統(tǒng)架構(gòu)如圖7所示。
圖7 PPP-RTK的一種可行的系統(tǒng)架構(gòu)
與PPP架構(gòu)最顯著的區(qū)別是，地面主控站與流動站之間多了一條通信鏈路，而這條鏈路讓PPP-RTK具有如下兩大特點(diǎn)，一是極大地提高了PPP定位的精度和收斂的速度，二是拓展了網(wǎng)絡(luò)RTK的服務(wù)范圍。
PPP-RTK從觀測值層面實(shí)現(xiàn)PPP與RTK的“緊組合”，以一種更優(yōu)雅的方式解決了RTK“依賴于密集基準(zhǔn)站資源，當(dāng)多個CORS系統(tǒng)間存在覆蓋盲區(qū)時難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)服務(wù)”的問題。這意味著在基準(zhǔn)站覆蓋的區(qū)域，PPP-RTK和RTK相差不大，但是在基準(zhǔn)站無覆蓋的區(qū)域，PPP-RTK可以降級為PPP使用，獲得不俗的定位精度。
這樣的特性恰好是自動駕駛功能完好性功能安全層面所期待的：
（1）功能完好性：PPP-RTK的各類改正數(shù)是分開解算的，可以獨(dú)立評估，從而較容易實(shí)現(xiàn)完好性監(jiān)控，更能夠匹配智能駕駛在功能安全方面的需求；
（2）功能安全：讓失效變得緩慢，緩慢地讓車內(nèi)用戶有時間接管，緩慢地讓最小風(fēng)險策略可以從容地執(zhí)行。
但是PPP-RTK畢竟還是丟掉了PPP定位不依賴于密集基準(zhǔn)站的支持這一獨(dú)特優(yōu)勢，如何在不采用基準(zhǔn)站來增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)非差模糊度的快速初始化，是業(yè)界面臨的共同難題，也是PPP-RTK/PPP未來研究的重點(diǎn)。
下面匯總PPP、RTK、PPP-RTK三者之間的性能對比，如表1所示。
表1 PPP、RTK、PPP-RTK三者之間的對比
04 PPP-RTK服務(wù)介紹
一、國外（1）Hexagon/NovAtel——TerraStar服務(wù)
說起Hexagon，行業(yè)內(nèi)很多人可能要反應(yīng)個幾十秒，但提到NovAtel，估計(jì)很多人會脫口而出：這不就是那個一套接收機(jī)賣十幾二十萬的公司嗎！
NovAtel，這樣一家，創(chuàng)造了衛(wèi)星定位和校正技術(shù)先河的先驅(qū)公司，2008年以3.9億美元賣給了Hexagon，這在當(dāng)時讓很多人唏噓不已。
TerraStar服務(wù)是Hexagon/NovAtel基于全球100多個基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，提供的全球高質(zhì)量實(shí)時改正服務(wù)，該服務(wù)提供的改正信息通過5顆地球同步衛(wèi)星（L波段）或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播傳輸，根據(jù)其作用范圍和性能，可分為TerraStar-L、TerraStar-C、TerraStar-C PRO與TerraStar-X服務(wù)。
TerraStar-C PRO是Hexagon/NovAtel首次采用其新開發(fā)的RTK from the sky精密單點(diǎn)定位技術(shù)的全球改正服務(wù)，可提供包括更高采樣率的衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差改正等信息，同時也可以實(shí)現(xiàn)模糊度的快速整數(shù)固定。
TerraStar-C PRO改正服務(wù)，官方介紹具有厘米級定位精度、最快3分鐘實(shí)現(xiàn)收斂以及全球范圍可用等優(yōu)勢，是目前世界上收斂時間最短的全球改正服務(wù)。
而TerraStar-X是在TerraStar-C PRO基礎(chǔ)上發(fā)展而來的區(qū)域改正服務(wù)，相較于后者的全球可用性，TerraStar-X側(cè)重在區(qū)域性運(yùn)用（主要為美國部分地區(qū)），可實(shí)現(xiàn)厘米級定位精度和優(yōu)于1分鐘的收斂時間。
TerraStar各項(xiàng)服務(wù)精度指標(biāo)如表2所示。
（2）Trimble——RTX Fast服務(wù)
Trimble公司成立于1978年，RTK接收機(jī)之父Javad Ashjaee在這里搞出了全世界第二個商用接收機(jī)4000A，RTK算法之父Benjamin Remondi也在這里挑燈夜戰(zhàn)過，他們共同成就了Trimble在20世紀(jì)末到21世紀(jì)初這段時間在衛(wèi)星定位領(lǐng)域的霸主地位。
Trimble在2011年推出星基增強(qiáng)系統(tǒng)，2015年升級了區(qū)域電離層模型，支持現(xiàn)在常說PPP-RTK定位，其相對常規(guī)的PPP定位最大優(yōu)點(diǎn)就是收斂時間短、固定快，所以取了個名字叫RTX Fast。
RTX Fast利用全球監(jiān)測網(wǎng)來計(jì)算精確的衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差，并將改正信息實(shí)時通過地球同步衛(wèi)星（l波段）或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播，移動站收到改正信息后進(jìn)行位置估計(jì)，具體采用的策略包括如下幾條。
（a）用數(shù)學(xué)模型精確地模擬誤差源，或者使用全球或者區(qū)域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差估計(jì)。
（b）衛(wèi)星軌道誤差沒有在全球或區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中建模，因?yàn)槭褂肨rimble實(shí)時精確軌道或IGS超快速軌道產(chǎn)品可以更好地對衛(wèi)星軌道進(jìn)行建模。
（c）區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中建立衛(wèi)星鐘差模型，以吸收區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的剩余軌道誤差。
（d）其他偏差則估計(jì)為小數(shù)部分，以保持載波相位觀測值的整數(shù)特性。
（e）RTX Fast服務(wù)器平均化處理來自基準(zhǔn)站的載波和偽距觀測的多路徑和測站噪聲。
（f）RTX Fast生成的產(chǎn)品和改正信息以Trimble的CMRx壓縮數(shù)據(jù)格式，通過地球同步衛(wèi)星L波段或網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時傳輸。
（g）移動通過接收衛(wèi)星/網(wǎng)絡(luò)廣播的RTX Fast校正信息，并與所有其他GNSS衛(wèi)星信號一起，實(shí)時計(jì)算其精確位置。
以上策略也讓RTX Fast可以實(shí)現(xiàn)2-50cm水平定位精度、5cm的垂直定位精度，同時快速模式下收斂時間優(yōu)于1分鐘，而常規(guī)模式下收斂時間優(yōu)于20分鐘。
（3）u-blox——PointPerfect服務(wù)
u-blox是車載衛(wèi)星定位芯片和模組領(lǐng)域的出貨量霸主，其主機(jī)廠朋友遍布世界各地，其為瑞士的高福利立下了汗馬功勞。
PointPerfect是u-blox面向大眾應(yīng)用推出的GNSS增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)，可通過衛(wèi)星信號或網(wǎng)絡(luò)向流動站廣播，并使流動站在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)優(yōu)于10厘米的定位精度。
PointPerfect采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SPARTN消息格式，輔以輕量級和安全的MQTT物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，使其成為一個實(shí)時高效、低帶寬、高性價比的解決方案，非常適合于大眾市場應(yīng)用。
PointPerfect服務(wù)范圍覆蓋歐洲和美國大陸區(qū)域，包括距離海岸線12海里（約22公里）以內(nèi)的區(qū)域。目前僅支持增強(qiáng)GPS（L1C/A，L2，L2C，L5）、Galileo（E1、E5a/b）和GLONASS（G1 C/A，G2 C/A）系統(tǒng)。
PointPerfect主要提供以下兩類產(chǎn)品。
（a）衛(wèi)星軌道、衛(wèi)星鐘差、硬件延遲偏差：其中衛(wèi)星鐘差的更新間隔為5s，衛(wèi)星軌道和硬件延遲的更新間隔為30s。
（b）大氣改正產(chǎn)品：包括VTEC模型、傾斜電離層延遲改正和天頂對流層延遲改正，其更新頻率同樣為30s。
在GNSS觀測數(shù)據(jù)無粗差、數(shù)據(jù)接收完整且有連續(xù)的改正數(shù)據(jù)且模糊度正確固定的情況下，PointPerfect在水平方向定位精度可以達(dá)到3-6 cm（95%置信區(qū)間）。而模糊度的初始化時間則會隨電離層活動而變化，一般小于30 s。
（4）QZSS——CLAS服務(wù)
準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（Quasi-Zenith Satellite System，QZSS）是日本政府在2002年授權(quán)建立，2018年正式開始工作的一個區(qū)域增強(qiáng)衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
QZSS目前采用三顆傾斜地球同步軌道衛(wèi)星（Inclined GeoSynchronous Orbit，IGSO） 和一顆地球同步軌道衛(wèi)星（Geosynchronous Orbit，GEO）衛(wèi)星組成。
由于日本國土位于中高緯度地區(qū)，這樣衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)使得在任意時刻能保證至少有1顆衛(wèi)星能位于該國天頂方向（高度角大于60），所以被稱作準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)。
QZSS基于L6頻段上的L6D信號播發(fā)增強(qiáng)信息，實(shí)現(xiàn)PPP-RTK增強(qiáng)服務(wù)——CLAS（Centimeter Level Augmentation Service）。L6D增強(qiáng)信息可以通過兩種方式獲得，一是通過支持CLAS的接收機(jī)接收，二是可以在QZSS官方網(wǎng)站上下載事后的增強(qiáng)電文。
CLAS服務(wù)范圍為日本境內(nèi)，在日本境內(nèi)將服務(wù)分為12個網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)范圍及12個網(wǎng)絡(luò)分布如圖8所示。
圖8 QZSS服務(wù)范圍及網(wǎng)絡(luò)分布
地面基準(zhǔn)站網(wǎng)由日本境內(nèi)的1300多個CORS中的212個組成，站點(diǎn)間的間隔約為60 km。這些基準(zhǔn)站的主要作用是接收GNSS衛(wèi)星的原始觀測數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理中心,數(shù)據(jù)處理中心通過網(wǎng)解得到衛(wèi)星的軌道、鐘差、碼偏差、大氣等信息，并將這些數(shù)據(jù)注入衛(wèi)星或通過通信網(wǎng)絡(luò)播發(fā)給用戶，用戶接收到這些改正信息后即可進(jìn)行PPP-RTK定位。在進(jìn)行數(shù)據(jù)播發(fā)時，電離層和對流層均以格網(wǎng)的形式播發(fā)。
目前CLAS服務(wù)僅支持GPS（L1C/A，L1C，L2P，L2C，L5）、Galileo（E1B，E5a）和QZSS（L1C/A，L1C，L2C，L5）系統(tǒng)，未來將支持GLONASS和BDS系統(tǒng)。
在所有被增強(qiáng)的衛(wèi)星都用于PPP-RTK定位、沒有周跳的衛(wèi)星數(shù)大于等于5、衛(wèi)星截止高度角設(shè)為15度等條件滿足后，CLAS服務(wù)可達(dá)到的定位精度如表3所示。模糊度固定時間在95%置信區(qū)間一般小于等于60s。
二、國內(nèi)
國內(nèi)染指PPP-RTK領(lǐng)域的有千尋位置、六分科技、大有時空、時空道宇等，各家產(chǎn)品各有千秋，下文基于官網(wǎng)信息簡介幾個產(chǎn)品。
（1）六分科技
2023年4月18日，六分科技在上海車展期間發(fā)布PPP-RTK新品“星璨”，產(chǎn)品架構(gòu)如圖9所示。
圖9 六方科技PPP-RTK新品“星璨”
官網(wǎng)只介紹了其具有實(shí)施車道級定位、億級用戶并發(fā)、適配車規(guī)級芯片、功能安全、高連續(xù)性、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，但具體性能參數(shù)如何，未對外公布。
（2）大有時空
2023年1月4日，大有時空正式發(fā)布PPP-RTK產(chǎn)品，官方介紹產(chǎn)品定位精度可達(dá)2cm，收斂速度可達(dá)30秒。
目前有兩種模式為終端用戶提供高精度定位服務(wù)，一種是大有時空定位平臺通過賬號直接播發(fā)給終端用戶，二是大有時空定位服務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)至戰(zhàn)略合作伙伴播發(fā)服務(wù)平臺，由合作伙伴服務(wù)平臺播發(fā)給終端用戶。
而通過和?？怂箍导瘓F(tuán)合作（?？怂箍地?fù)責(zé)北美、歐洲的CORS網(wǎng)建設(shè)和數(shù)據(jù)中心的獨(dú)立運(yùn)維，大有時空負(fù)責(zé)中國的CORS網(wǎng)建設(shè)和數(shù)據(jù)中心的獨(dú)立運(yùn)維），大有時空的PPP-RTK產(chǎn)品可為全球用戶提供服務(wù)。
（3）時空道宇
提到時空道宇，就不得不提“一箭九星”，2022年6月2日，吉利未來出行星座首軌九星在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心以一箭九星方式成功發(fā)射。
根據(jù)時空道宇的技術(shù)說明，此次發(fā)射的九顆衛(wèi)星，搭配時空道宇已經(jīng)建設(shè)完成的地基PPP-RTK時空信息網(wǎng)絡(luò)，以及北斗三號模組、終端產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)遙感、導(dǎo)航、通信技術(shù)的融合應(yīng)用，為未來出行提供立體化保障。
所以時空道宇PPP-RTK產(chǎn)品的與其他產(chǎn)品的最大不同將是：擁有自己的播發(fā)衛(wèi)星，而其他家只能租用播發(fā)衛(wèi)星。
轉(zhuǎn)自十一號組織
