PPP ( Posicionamiento de punto preciso en inglés , literalmente "posicionamiento de alta precisión"): un método para obtener coordenadas de alta precisión (en planta y altura) del terreno con precisión centimétrica utilizando sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) mediante la obtención de correcciones en las efemérides de la órbita y relojes a bordo de todos los NCA visibles desde una fuente de correcciones de la red.
En la literatura en idioma ruso, se encuentra como ubicación de alta precisión o ubicación de alta precisión en modo absoluto [1] .
PPP es uno de los métodos DGPS y fue desarrollado por NovAtel (Canadá) en 2005 como un método alternativo para la corrección de coordenadas en el sistema WGS-84. El método no requiere que el ejecutor directo tenga una estación base (receptor de referencia) y/o una señal de satélites de sistemas de corrección diferencial. [2] [3] .
El principio de funcionamiento se basa en la diferencia de fase de las frecuencias portadoras L1 y L2 y el EVI (Información de tiempo de efemérides ), por lo que PPP se basa en dos fuentes comunes de información: observaciones directas del EVI [4] [5] .
El método PPP se diferencia del método relativo de determinación de satélites en que las correcciones se realizan a los parámetros de las órbitas y relojes, y no a las medidas de las fases de las señales portadoras de radio de los satélites GNSS. Es similar al método absoluto de definiciones [6] .
Los datos de fase son datos que el receptor recibe por sí solo. Una observación directa para el receptor es la "fase de la portadora", es decir, no solo el mensaje de sincronización codificado en la señal GNSS, sino también si la forma de onda de esa señal es "arriba" o "abajo" en un momento dado. Las fases se pueden considerar como los números después del punto decimal en el número de ondas entre un satélite GNSS determinado y el receptor. Por sí misma, la medición de fase ni siquiera puede dar una posición aproximada, pero una vez que otros métodos han reducido la estimación de posición a un diámetro correspondiente a una sola longitud de onda (alrededor de 20 cm), la información de fase puede refinar la estimación.
Otra observación directa importante es el "retraso diferencial" entre las señales GNSS de diferentes frecuencias L1 y L2. Ya que la principal fuente de error en la determinación de la posición del satélite es el error ionosférico. Las señales de diferentes frecuencias se ralentizan en la ionosfera en diferentes cantidades. Al medir la diferencia de retrasos entre señales de diferentes frecuencias, el software del receptor (o el posprocesamiento posterior) puede simular y eliminar el retraso (corregir) en cualquier frecuencia.
EVI (información temporal de efemérides): la información que contiene correcciones a las efemérides y la hora del reloj a bordo de los satélites de navegación se calcula a partir de los resultados de las observaciones satelitales realizadas por estaciones terrestres de recepción de señales GNSS permanentes con coordenadas conocidas con precisión [5] .
La información de efemérides son las coordenadas exactas de los satélites en órbita. Observaciones (seguimiento de constelación de satélites) realizadas por IGS y otras organizaciones públicas y privadas con redes globales de estaciones terrestres. La navegación por satélite funciona bajo el principio de que las posiciones de los satélites se conocen en todo momento, pero en la práctica no es así: micrometeoritos, cambios en la presión de la radiación solar, etc. afectar la ruta de vuelo. En consecuencia, las órbitas no son completamente predecibles. Las efemérides emitidas por los satélites son esencialmente predicciones tempranas. Las observaciones reales de dónde se ubicaron los satélites pueden fluctuar varios metros durante varias horas. Así, es posible calcular el error de la ubicación real y esperada del satélite e introducir una corrección por el mismo valor.
Información temporal: contiene datos sobre el retraso del reloj del satélite.
De forma simplista, EVI y su posterior uso es una solución de resección, pero con una mayor precisión de las coordenadas de los puntos de partida (en este caso, las efemérides) y una escala de tiempo reducida (lo que permite un cálculo más preciso de las pseudodistancias) [ 7] .
La información sobre EVI en forma de archivos separados se forma en centros de servicio internacionales para procesar datos de observación GNSS y se proporciona a usuarios de varios países a través de recursos de Internet especializados (SOPAC - Scripps Orbit and Permanent Array Center e IGS ). El archivo contiene los valores exactos de las efemérides y correcciones del reloj del satélite, información sobre el retraso de la señal del satélite en la ionosfera y la troposfera, etc. [2] . La duración de las observaciones satelitales en el punto debe ser de al menos media hora, de lo contrario, no es posible el procesamiento posterior de los datos sin procesar y el archivo de corrección.
Los archivos de efemérides y correcciones a los relojes de los satélites de navegación recopilados de más de 400 estaciones y proporcionados a través de un servicio de red pueden tener el siguiente aspecto:
— Esperado (Previsto), según el cual es posible procesar los resultados de las mediciones por el método PPP en tiempo real;
- Rápido (Rapid), disponible después de un período de varias horas a dos días (procesamiento posterior de los resultados de medición);
— Final (Final), disponible en 2-3 semanas (procesamiento posterior de los resultados de la medición). [3] .
Para determinar las coordenadas de ubicación utilizando el método PPP, es suficiente tener datos de varias estaciones ubicadas globalmente, a una distancia mutua de 1000-2000 km [6] .
El método PPP se suele confundir con métodos relativos (cuasi-diferenciales) de geodesia espacial (estática, cinemática, stop & go, y especialmente RTK) debido a que la composición de la información inicial es la misma que en los métodos relativos: efemérides y escala de tiempo a bordo. A diferencia de PPP, RTK no implica procesamiento posterior y no requiere el conocimiento de las correcciones exactas de las órbitas de los satélites y los relojes a bordo, utiliza mediciones de fase en tiempo real. En el método PPP toda la información de corrección es a posteriori, es decir, se obtiene como resultado de la observación de la constelación de satélites por uno o una red de receptores GNSS de referencia con coordenadas conocidas e implementada por el servicio de posicionamiento de precisión.
Asimismo, el método PPP se diferencia significativamente de los sistemas tipo SBAS , tanto en cobertura, área cubierta, como en el método de transmisión de correcciones. En el método tipo SBAS, los errores se diferencian utilizando una o más estaciones base terrestres con posiciones exactamente conocidas (coordenadas geográficas en el sistema global WGS84, PZ-90, etc.) y se transmiten (retransmiten) a través de satélites de comunicación, a diferencia de PPP, en el que la información sobre las modificaciones se localiza en el servidor y se transmite a través de un canal de comunicación terrestre (líneas FOCL o GSM). El método PPP, al igual que los sistemas de tipo SWAS, no contempla la cobertura regional de los sistemas de coordenadas planas (MSC-SRF).
La principal diferencia entre PPP y la cinemática en tiempo real (RTK) es que PPP no requiere acceso a los datos de observación de una o más estaciones base muy próximas entre sí, y que PPP implementa el posicionamiento pseudoabsoluto en lugar de la determinación relativa desde una estación de referencia en RTK. . Lo que distingue al método PPP de las soluciones RTK exclusivas (locales), en las que otro receptor (de referencia) sirve como fuente de correcciones, el radiomódem es el canal de comunicación y los sistemas de coordenadas suelen ser planos regionales y/o condicionales, limitados por la potencia del módem de radio dentro de un radio de 2-3 km.
El motivo de la confusión suele ser la similitud de los métodos de transmisión de correcciones en los nuevos métodos de posicionamiento basados en el método de cinemática en tiempo real (RTK) , en los que la fuente de correcciones es un servicio de red disponible localmente, el canal de comunicación (transmisión de correcciones ) son las mismas redes del formato GSM (Internet móvil vía SIM). mapa), así como la presencia de estaciones base de referencia ubicadas bastante densamente (cada 50 km). Esto se debe a la cobertura de la constelación total de satélites con un radio de 20-30 km. Para el método PPP, la densidad de estaciones base es mucho menor y asciende a 12 estaciones para todo el territorio de Rusia. El rango metódico de recibir correcciones del método PPP es prácticamente ilimitado. La eficiencia del método cuando se usa un receptor de una sola frecuencia es mucho menor (en un orden de magnitud), pero con el fin de reducir el costo del equipo final, se considera su aplicación práctica. La eliminación del error troposférico se lleva a cabo de acuerdo con el modelo, errores ionosféricos debido a la recepción de dos frecuencias [8] .
| camino | PPA | SBAS | RTK | Red RTK (Redes RTK) | APP en tiempo real |
|---|---|---|---|---|---|
| Cobertura | Global | Global | Local (a 2 km de la estación base) | Regional (20-30 km desde la estación base) | Global |
| Método de transmisión de enmiendas | Archivo de corrección generado | señal de radio | señal de radio | G/M | Señal de radio/GSM |
| Fuente de enmiendas | Servidor global | Satélite de comunicación | receptor de referencia con radio módem | Servidor local | Servidor global/satélite de comunicaciones |
| sistema coordinado | solo WGS84 (gr. geográfico min. seg) | PZ-90, WGS84, etc. (gr. geográfico min. seg) | condicional (métrica rectangular) | MSK-RF (métrico rectangular) | solo WGS84 (gr. geográfico min. seg) |
| colección de información | red receptora de referencia | Segmento terrestre GNSS | receptor de referencia (1 estación base) | red de estaciones base de referencia | red receptora de referencia |
| Operador | Empresa privada | Estado (representado por el Ministerio de Defensa) | Persona privada | Empresa privada | Empresa privada |
| Información | EVI | EVI | fase | fase | EVI |
Modelado: El retraso troposférico se corrige utilizando el modelo UNB desarrollado por la Universidad de New Brunswick. Sin embargo, gran parte del retraso troposférico es muy variable y no puede modelarse con suficiente precisión. La simulación también se utiliza en el receptor PPP para corregir efectos dominó [9] .
Actualmente se conoce implementar el método PPP sin resolución de ambigüedad entera de medidas de pseudofase (Float PPP), con resolución de ambigüedad entera de medidas de pseudofase (PPP-AR o Interger PPP), utilizando correcciones atmosféricas adicionales dentro del área local ( PPP-RTK) y modo en tiempo real con efemérides refinadas y modelo de compensación de reloj (RT-PPP) [6] .
PPP (Float PPP) — Un método estándar para el posicionamiento absoluto de alta precisión. La precisión de posicionamiento de 1-3 cm está disponible después de 6-12 horas de observación y posterior procesamiento de las mediciones. Al mismo tiempo, el EVI final del Servicio GNSS Internacional (IGS), que brinda la precisión especificada, está disponible solo 2 semanas después de las mediciones. Este tiempo de espera es inaceptable para una serie de aplicaciones prácticas [1] .
PPP-AR (PPP entero) o método de posicionamiento absoluto de alta precisión con resolución de ambigüedad entera para medidas de pseudofase [10] . En esencia, es una combinación de métodos PPP y PPK . La precisión de las mediciones utilizando un sistema GNSS es de 7-10 mm en la posición planificada y 33 mm en la posición vertical para PPP y 5-6 mm en la posición horizontal y 28 mm en la posición vertical para PPP-AR. [11] . La precisión indicada solo está disponible 2 semanas después de la medición. A su vez, la precisión alcanzada por el método PPK varía desde 0,01 m +/-0,5 ppm mm en vista en planta hasta 0,02 m +/-1,0 ppm en altura con un radio máximo de cobertura de PPK , 25 -30 km desde la base [12] .
PPP-RTK : método de posicionamiento absoluto de alta precisión con resolución de ambigüedad entera de mediciones de pseudofase y uso de correcciones atmosféricas dentro del área local [10] RTK y PPP se complementan entre sí. -Información temporal. Se implementa a través de una secuencia de enmiendas en el formato RTCM-SSR (Representación de espacio de estado). La situación es exactamente la misma que en el método PPP-AR (Integer PPP). La mejora horizontal de PPP-RTK sobre una solución PPP es del 6 % al 27 % horizontalmente y del 2 % al 8 % verticalmente. Los investigadores y proveedores de servicios están combinando PPP y RTK en un intento de aprovechar ambas tecnologías. El concepto de PPP-RTK es complementar una tecnología con otra. Distinguir correcciones atmosféricas y correcciones de relojes satelitales y efemérides de la Red RTK. Esta red es más precisa cerca de cada estación base (donde se generan los datos) y, a medida que el móvil se aleja, la calidad de las correcciones se deteriora, lo que genera tiempos más prolongados y peores correcciones. Tan pronto como el móvil abandona el área RTK, se activa PPP. Junto con relojes satelitales precisos, órbitas y cambios de fase, se introducen correcciones de retraso ionosférico y troposférico, lo que les permite realizar la desambiguación de enteros y alcanzar una precisión de nivel centimétrico en mucho menos tiempo. PPP-RTK utiliza una infraestructura ya establecida (RTK-Networks). Los tiempos de convergencia suelen ser de 1 a 10 minutos, pero en condiciones ideales se pueden lograr en segundos. [13] [14] [15] .
RT-PPP (Real Time PPP) : el método utiliza flujos EVI para aplicar en tiempo real el mismo tipo de corrección que en el posprocesamiento. Para trabajar en modo PPP en Tiempo Real, se requiere una fuente de información correctiva en un formato especial. La fuente puede ser servicios pagos (RTX, TerraStar, etc.) y/o proyectos publicados: APPS, NASA y JPL [7] PPP extiende la cobertura del rover a una distancia de 1000-2000 km desde las estaciones de corrección más cercanas manteniendo una precisión de 4 - 40 cm (40 cm en la inicialización <5 minutos, luego la precisión solo aumenta y se vuelve menos de 10 cm dentro de 20 - 40 minutos [6] . En el caso del servicio TerraStar, las correcciones generadas se transmiten a los usuarios finales usandotelecomunicaciones de Inmarsat [ 16] .
Cabe señalar que aún no se ha definido un estándar PPP en tiempo real, pero el comité especial 104 de la Comisión Técnica de Radio para Servicios Marítimos (RTCM) está realizando esfuerzos de estandarización. [17]
Paralelamente al método PPP, se desarrolló el método cinemático de posprocesamiento.
El servicio para el suministro (CI) de información correctiva, por regla general, consiste en una red de estaciones de observación terrestres dispersas que monitorean y reciben continuamente señales satelitales GNSS, centros de cómputo para procesar información satelital y canales de comunicación para CI a los consumidores. Basados en el método PPP, ya se han creado muchos servicios científicos y comerciales en el mundo, como MADOCA, Magic GNSS, CNES PPP-Wizard Project, VERIPOS Apex, NavCom Star Fire, Trimble RTX, implementados por empresas extranjeras FUGRO, NavCom, Trimble, TerraStar, Leica, NovAtel y agencias espaciales JAXA (Japón). La información correctiva se lleva al consumidor utilizando satélites de comunicación, generalmente geoestacionarios, que transmiten información en la banda L (1525-1560 MHz) ya través de Internet. El retraso de llegada total de EVI es de 15 a 20 segundos, la precisión de las efemérides está en el nivel de errores cuadráticos medios de 5 a 7 cm, correcciones de reloj: 5 ns [6] .
Monitoreo y determinación (redefinición) de coordenadas de estaciones base de segmentos terrestres y espaciales [18] .
Fijación de trabajos geológicos y geofísicos en zonas de difícil acceso [3] .
Introducción de correcciones para medidas cuasi-diferenciales.
Los servicios de PPP también se utilizan en estudios en alta mar, para monitorear plataformas en alta mar durante la minería, para conducir tractores y cosechadoras en la agricultura [6] .
El posicionamiento preciso se usa cada vez más en áreas como la robótica, la navegación autónoma, la agricultura, la construcción y la minería.
En el futuro, se puede utilizar al especificar la ubicación en los servicios cartográficos de información y búsqueda global, como Yandex.Maps y otros. Y también en los navegadores de coche (que evitarán posicionarse “al otro lado de la calle”).
Los actuales proveedores institucionales de servicios PPP/PPP-RTK son Japón (QZSS) a nivel regional, China (BDS) a nivel regional, UE (Galileo) a nivel mundial, Australia/Nueva Zelanda (SouthPAN) a nivel regional y Rusia (GLONASS) a nivel mundial. Los servicios PPP de SouthPAN y GLONASS están en desarrollo.
Las principales desventajas de PPP, en comparación con los métodos GNSS tradicionales, son que requiere más potencia informática, requiere un flujo de corrección de efemérides externo y lleva algún tiempo alcanzar la precisión total. Esto lo hace relativamente poco atractivo para las aplicaciones de seguimiento de flotas y aviación, donde no se exige una precisión subcentimétrica y, en caso de emergencia, los segundos cuentan. Para todos los métodos DGPS, la regla es que cuanto mayor sea la distancia desde la estación base, mayor será el error. [7] .
| Sistemas de navegación | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Satélite |
| ||||||
| Terrestre | |||||||
| Sistemas de corrección diferencial | |||||||