Präzise Punktpositionierung - Precise Point Positioning
Precise Point Positioning (PPP) ist ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS) Positionierverfahrensinformationen dass berechnet sehr genaue Positionen, mit Fehlern , so klein wie ein paar Zentimeter unter guten Bedingungen. PPP ist eine Kombination aus mehreren relativ ausgeklügelten GNSS-Positionsverfeinerungstechniken, die mit verbrauchernaher Hardware verwendet werden können, um nahezu vermessungstaugliche Ergebnisse zu erzielen. PPP verwendet einen einzelnen GNSS-Empfänger, im Gegensatz zu Standard- RTK- Verfahren, die einen vorübergehend festen Basisempfänger im Feld sowie einen relativ nahegelegenen mobilen Empfänger verwenden. PPP-Methoden überschneiden sich etwas mit DGNSS- Positionierungsmethoden, die permanente Referenzstationen verwenden, um systemische Fehler zu quantifizieren.
Methoden
PPP stützt sich auf zwei allgemeine Informationsquellen: direkte Observables und Ephemeriden.
Direkte Observables sind Daten, die der GPS-Empfänger selbst messen kann. Eine direkte Observable für PPP ist die Trägerphase , dh nicht nur die im GNSS-Signal codierte Zeitgabenachricht, sondern auch, ob die Welle dieses Signals zu einem bestimmten Zeitpunkt "aufwärts" oder "abwärts" geht. Grob gesagt kann man sich die Phase als die Nachkommastellen in der Anzahl der Wellen zwischen einem gegebenen GNSS-Satelliten und dem Empfänger vorstellen. Die Phasenmessung allein kann nicht einmal eine ungefähre Position liefern, aber sobald andere Verfahren die Positionsschätzung auf einen Durchmesser entsprechend einer einzelnen Wellenlänge (ungefähr 20 cm) eingeengt haben, können Phaseninformationen die Schätzung verfeinern. Eine weitere wichtige direkte Observable ist die differentielle Verzögerung zwischen GNSS-Signalen unterschiedlicher Frequenzen. Dies ist nützlich , da eine der Hauptquellen für Positionsfehler die Variabilität der Verlangsamung von GNSS - Signalen in der Ionosphäre ist , die relativ unvorhersehbar vom Weltraumwetter beeinflusst wird . Die Ionosphäre ist dispersiv , was bedeutet, dass Signale unterschiedlicher Frequenz unterschiedlich stark verlangsamt werden. Durch Messen der Differenz der Verzögerungen zwischen Signalen unterschiedlicher Frequenzen kann die Empfängersoftware (oder eine spätere Nachbearbeitung) die Verzögerung bei jeder Frequenz modellieren und entfernen. Dieser Prozess ist nur ungefähr, und es bleiben nicht-dispersive Verzögerungsquellen (insbesondere durch Wasserdampf, der sich in der Troposphäre bewegt ), aber er verbessert die Genauigkeit erheblich.
Ephemeriden sind präzise Messungen der Umlaufbahnen der GNSS-Satelliten, die von der geodätischen Gemeinschaft (dem Internationalen GNSS-Dienst und anderen öffentlichen und privaten Organisationen) mit globalen Netzwerken von Bodenstationen durchgeführt werden. Die Satellitennavigation funktioniert nach dem Prinzip, dass die Positionen der Satelliten zu einem bestimmten Zeitpunkt bekannt sind, aber in der Praxis bedeuten Mikrometeoroid- Einschläge, Schwankungen des Sonnenstrahlungsdrucks usw., dass Umlaufbahnen nicht perfekt vorhersehbar sind. Die Ephemeriden, die die Satelliten ausstrahlen, sind frühere Vorhersagen, bis zu einigen Stunden alt und weniger genau (bis zu einigen Metern) als sorgfältig verarbeitete Beobachtungen, wo sich die Satelliten tatsächlich befanden. Wenn ein GNSS-Empfängersystem Rohbeobachtungen speichert, können sie daher später mit einer genaueren Ephemeride als der in den GNSS-Nachrichten enthaltenen verarbeitet werden, wodurch genauere Positionsschätzungen erzielt werden, als dies mit Standard-Echtzeitberechnungen möglich wäre. Diese Nachbearbeitungstechnik ist seit langem Standard für GNSS-Anwendungen, die eine hohe Genauigkeit erfordern. In jüngerer Zeit haben Projekte wie APPS , der Automatic Precise Positioning Service des NASA JPL , damit begonnen, verbesserte Ephemeriden mit sehr geringer Latenz über das Internet zu veröffentlichen. PPP verwendet diese Streams, um nahezu in Echtzeit die gleiche Art von Korrektur anzuwenden, die früher in der Nachbearbeitung durchgeführt wurde.
Anwendungen
Präzise Positionierung wird zunehmend in den Bereichen Robotik , autonome Navigation , Landwirtschaft, Bauwesen und Bergbau verwendet.
Die größten Schwächen von PPP im Vergleich zu herkömmlichen GNSS-Methoden für Verbraucher sind, dass es mehr Rechenleistung benötigt, einen externen Ephemeriden-Korrekturstrom erfordert und einige Zeit (bis zu zehn Minuten) dauert, um die volle Genauigkeit zu erreichen. Dies macht es für Anwendungen wie die Flottenverfolgung relativ unattraktiv , bei denen eine Genauigkeit im Zentimeterbereich im Allgemeinen die zusätzliche Komplexität nicht wert ist, und in Bereichen wie der Robotik nützlicher, in denen möglicherweise bereits eine Onboard-Rechenleistung und eine häufige Datenübertragung vorausgesetzt werden .