Precise Point Positioning

PPP (англ. Precise Point Positioning — дословно «позиционирование высокой точности») — метод получения высокоточных координат (в плане и по высоте) местности сантиметровой точности с помощью глобальный навигационных спутниковых систем (ГНСС) посредством получения поправок к эфемеридам орбит и бортовым часам всех видимых НКА от сетевого источника поправок.

PPP является одним из методов DGPS, основанного на применении одного спутникового приемника и постобработки.

Метод разработан в компанией NovAtel(Канада) в 2005г как альтернативный метод корректировки координат в системе WGS-84. Метод не требует от непосредственного исполнителя наличия базовой станции (опорного приемника) и/или сигнала со спутников систем дифференциальной коррекции..

Принцип работы

Принцип работы основан на разности фаз несущих частот L1 и L2 и близок к методу FKP применяемому при RTK-определениях. PPP опирается на два общих источника информации: прямые наблюдения и эфемериды.

Прямые наблюдения - это данные, которые приемник GPS получает самостоятельно. Одним из прямых наблюдаемых для является "фаза несущей", т. е. не только сообщение синхронизации, закодированное в сигнале GNSS, но и то, идет ли волна этого сигнала "вверх" или "вниз" в данный момент. Фазы можно рассматривать как цифры после десятичной точки в количестве волн между данным спутником GNSS и приемником. Само по себе измерение фазы не может дать даже приблизительное положение, но как только другие методы сузили оценку положения до диаметра, соответствующего одной длине волны (примерно 20 см), информация о фазе может уточнить оценку.

Еще одним важным прямым наблюдением является "дифференциальная задержка" между сигналами GNSS разных частот L1 и L2. Поскольку основным источником ошибки определения положения спутника является ионосферная погрешность. Сигналы разных частот замедляются в ионосфере на разные величины. Измеряя разницу в задержках между сигналами разных частот, программное обеспечение приемника (или более поздняя постобработка) может моделировать и удалять задержку (вводит поправку) на любой частоте.

Эфемериды - это точные координаты спутников на орбите. Наблюдения (мониторинг спутниковой группировки) выполненные IGS и другими государственными и частными организациями с глобальными сетями наземных станций Спутниковая навигация работает по принципу, что положения спутников в любой момент времени известны, но на практике это не так микрометеориты, изменение давления солнечной радиации и т. д влияют на траекторию полета. Соответственно орбиты не являются полностью предсказуемыми. Эфемериды, транслируемые спутниками, в сущности являются ранними прогнозами. Фактические же наблюдения за тем, где на самом деле находились спутники, могут колебаться на нескольких метров в течении нескольких часов. Таким образом можно вычислить погрешность фактического и ожидаемого местоположения ИСЗ и ввести поправку на туже величину.

Информацию в виде отдельных файлов формируют в международных сервисных центрах обработки данных ГНСС наблюдений и предоставляют пользователям из различных стран через специализированные Интернет-ресурсы (SOPAC — Scripps Orbit and Permanent Array Centre и IGS — InternationalGNSS Service). Файл несет в себе точные значения эфемерид и поправок часов спутников, информация о задержке спутникового сигнала в ионосфере и тропосфере и пр.. Продолжительность спутниковых наблюдений на точке, должна составлять не менее получаса в противном случае пост обработка сырых данных и файла поправки не возможна.

Файлы эфемерид и поправок к часам навигационных спутников собранные более чем с 400 станций и предоставленные через сетевой сервис могут иметь вид:

— Ожидаемые (Predicted), по которым возможна обработка результатов измерений методом PPP в режиме реального времени;

— Быстрыми (Rapid), доступными через промежуток от нескольких часов до двух суток (пост обработка результатов измерений);

— Окончательными (Final), доступными через 2–3 недели (пост обработка результатов измерений). .

Перспективы

В последнее время такие проекты, как / APPS, служба автоматического точного позиционирования NASA Лаборатория реактивного движения (JPL), начали публиковать улучшенные эфемериды через интернет с очень низкой задержкой. PPP использует эти потоки для применения в режиме реального времени того же типа коррекции, что и при постобработке.

Сравнение с другими методами DGPS

Метод PPP часто путают с относительными (квазидифференциальными) методами космической геодезии (статика, кинематика, stop & go и особенно RTK) в виду того, что состав исходной информации тот же, что и в относительных методах: эфемериды и бортовая шкала времени. В отличии от PPP, RTK не предполагает постобработку (не требует знание точных поправок спутниковых орбит и бортовых часов в режиме реального времени). В РРР-методе вся информация о поправках является апостериорной, то есть она получается в результате наблюдения спутниковой группировки одним или сетью опорных GNSS приемников с известными координатами и реализуются службой точного позиционирования.

Так же метод PPP существенно отличается, от ДГНСС, как охватом, покрываемой территорией, так и методом передачи поправок. В методе ДГНСС ошибки дифференцируют с помощью одной или нескольких наземных базовых станций с точно известными позициями (географическими координатами в глобальной системе WGS84, ПЗ-90 и т. д.) и передают (ретранслируют) через спутники связи по всему земному шару. В отличии от PPP в котором информация о поправках локализуется на сервере и передается через наземный канал связи (линии ВОЛС или GSM). Метод PPP так же как и ДГНСС не предусматривает региональный охват плоских систем координат (МСК-СРФ).

Основным отличием PPP от кинематики реального времени (RTK) заключается в том, что PPP не требует доступа к данным наблюдений из одного или нескольких близко размещаемых базовых станций, и тем, что в PPP реализуется абсолютное позиционирование вместо относительного определения от опорной станции в RТК. Что отличает метод PPP от, эксклюзивных (локальных) решений RTK, в котором источником поправок служить другой (опорный) приемник, каналом связи — радиомодем, а системы координат как правило плоская региональная и/или условная, ограниченная мощностью радиомодема в радиусе 2-3 км.

Причиной путаницы как правило являться схожесть методов передачи поправок в новых методах позиционирования основанных на методе кинематики реального времени (RTK) в которых источником поправок служит доступный локально сетевой сервис, каналом связи (передачи поправок) служат те же сети формата GSM (мобильный интернет через сим-карту), а так же наличие базовых референцстанций размещенных достаточно плотно (через каждые 50 км). Что обусловлено охватом общей плеяды спутников радиусом 20-30 км. Для PPP метода плотность базовых станций гораздо меньше и составляет 12 станций на всю территорию России. Методическая дальность приема поправок ppp-метода практически не ограниченна. Эффективность метода при использовании одно-частотного приемника значительно (на порядок) ниже, но в интересах снижения стоимости конечного оборудования рассматривается для практического применения. Устранение тропосферной погрешности осуществляется по модели, ионосферных погрешностей за счет двух-частотного приема.

способ	PPP	ДГНС	RTK	Сетевое RTK
Охват	Глобальный	Глобальный	Локальный (2 км от базовой станции)	Региональный (20-30 км от базовой станции)
Способ передачи поправок	Сформированный файл поправок	Радиосигнал	Радиосигнал	GSM
Источник поправок	Глобальный Сервер	Спутник Связи	опорный приемник с Радио модемом	Локальный Сервер
система координат	только WGS84 (географическая гр. мин. сек)	ПЗ90, WGS84, и т. д. (географическая гр. мин. сек)	условная (прямоугольная метрическая)	МСК-РФ (прямоугольная метрическая)
сбор информации	сеть базовых станций	наземный сегмент GNSS	опорный приемник (1 базовая станция)	сеть базовых референцных станций
Оператор	Частная компания	Государство (в лице Министерства обороны)	Частное лицо	Частная компания

Референцный метод

Параллельно с методом PPP развивался метод Post Processing Kinematic.

Основная статья: Post Processing Kinematic

Применение

Мониторинг и определение (переопределение) координат базовых станций наземного и космического сегментов .

Фиксация геологических и геофизических выработок в труднодоступных районах.

Введение поправок при Квазидифференциальных измерениях.

Преимущества

• PPP доступен при работе одним ГНСС-приемником, без базовых станций в непосредственной близости от пользователя.
• PPP обеспечивает гораздо большую согласованность позиционирования, чем относительные методы коррекции с использованием базовой станции.
• PPP уменьшает стоимость и упрощает оперативную логистику полевых работ.
• Пока не требуется инициализация для получения поправок PPP (в перспективе возможна будет только при наличии договора с организацией эксплуатирующей сеть базовых станций).

Недостатки

• Требуется целочисленное разрешение фазовой неоднозначности.
• Стоимость двухчастотного оборудования пока высокая.
• Ограничивается глобальными системами координат
• Большой объем обрабатываемой информации приводит к задержка получения файлов
• Достоверность информации вызывает сомнения

См. также

• DGPS
• ДГНСС
• RTK
• RINEX