导航定位中的RTK与PPP     DATE: 2019-05-31 08:00

独立的卫星导航接收机一般可以达到米级精度,这个精度对个人用户的导航需求基本够用,但对于测绘、自动驾驶、无人机就很难满足了,所以需要一些外部修正手段来提高定位精度,今天介绍较为主流的实时载波相位差分(RTK)及精密单点定位(PPP)两种方案。

 

RTK技术是实时动态差分,应用两台接收机,一台为基准站,另一台为移动站,用测得的实时载波相位值来消除公共误差,大气、卫星轨道、时钟等等误差。将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测,根据基准站已知精密坐标,计算出基准站到卫星的距离改正数,并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行卫星观测的同时,也接收到基准站发出的改正数,并对其定位结果进行改正,从而提高定位精度,RTK精度为达到1cm+1ppm(RMS)。

RTK工作原理图如下:

RTK 定位工作原理

 

实时PPP精密单点定位指的是利用全球若干地面跟踪站的GPS 观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差, 对单台GPS 接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算,能为世界上任何位置的用户提供可靠的,分米级甚至厘米级定位精度。由于广域差分GPS修正系统通过地球同步通信卫星作为通信链路,所以用户不用搭建本地参考站或数据后处理,就可获得很高的精度。此外,由于采用覆盖全球的地球同步卫星作为差分通信链路,则可以在地球表面从北纬75°到南纬75°都可获得相同的精度。以NovAtel的Terrastar为例,PPP工作原理图如下:

PPP定位工作原理

RTK与PPP(NovAtel)性能对比

对比

参数

RTK

PPP

备注

精度(RMS)

cm

cm-dm

1.RTK解算精度受基线长影响

2.RTK和PPP解算精度均受GNSS卫星状态和当地环境条件影响,比如遮挡、多路径等。

连续性

依赖于基站和通信链路

依赖于PPP差分改正数的连续性和卫星通讯链路

 

可靠性

取决于基站、移动站和传输链路的可靠性

取决于用户接收机和PPP差分改正数可靠性

 

初始化

时间

取决于搭建系统时间

取决于收敛时间

PPP的搭建系统时间可能更短,因为它不需要基站,但是其收敛时间每次约30分钟。

RTK搭建完成后几乎立即初始化,并且从差分中断中恢复快。

 

解算精度有效性

 

取决于基线长,长基线影响初始化时间以及定位精度

地球上任何地方都能达到相同的效果

RTK和PPP有效性均受本地的卫星观测条件影响。

 

总结起来,RTK系统需要基站、移动站和通讯链路,这些需要用户自行搭建,且基线长受限制,需在40km范围内,搭建RTK系统比较耗时,一旦搭建完成,RTK的初始化时间很快,就算差分信号中断,重启之后的恢复时间很快 ,精度能到达1cm+1ppm(RMS),除了自行搭建基站,除了自行架设基站,用户也可以选择差分服务商,比如千寻,也可以根据需要选择不同级别的服务。PPP无需基站,只能选择PPP服务商,只要付费PPP服务即可实现单机差分解算,定位精度依赖于付费的PPP服务级别,PPP无需搭建基站,安装方便,但是收敛时间大约需要30min,如果差分信号中断,需要重新收敛。从基础设施建设的角度说,RTK建设基站是严格位置相关的,如果大范围覆盖密度很大,建设成本高;PPP正相反,少数站没用但多也不会多的过分,分布合理的几十个站基本就能完成全球的修正了。如果要自己建设的话成本更低一些,以自动驾驶行业为例,限定运行范围的区域自动驾驶RTK更为合适,但未来完全开放场景的乘用车应用PPP可以作为有效的补充。