Технология Глобальной навигационной спутниковой системы ( GNSS ) радикально изменила то, как люди и машины ориентируются. Важным компонентом этой технологии являются поправки GNSS. Они улучшают данные позиционирования, подпитывая инновации в различных приложениях и продуктах.
Сегодня методы коррекции GNSS играют решающую роль в определении точного местоположения и оптимизации маршрутизации для многих сценариев, таких как навигация автономных транспортных средств, робототехника, логистические парки и системы реагирования на чрезвычайные ситуации.
Однако сигналы GNSS часто сталкиваются с атмосферными и технологическими проблемами, которые требуют коррекции после передачи со спутников. Для решения этих проблем доступен ряд услуг по коррекции GNSS, каждая из которых предназначена для устранения определенных неточностей и предотвращения ошибок в решениях на базе GNSS.
Эта статья содержит все, что нужно знать о поправках GNSS, включая сильные и слабые стороны основных методов поправок GNSS. Это руководство может помочь разработчикам и пользователям выбрать наиболее подходящие службы поправок GNSS для их уникальных потребностей.
Что такое поправки GNSS?
GNSS (Глобальная навигационная спутниковая система) — это сложная навигационная технология, которая использует спутники для точного глобального позиционирования и информации о времени. Эта система работает посредством непрерывной спутниковой связи с наземными станциями управления и приемниками GNSS.
Спутники передают сигналы, содержащие данные об их местоположении и точном времени; приемники GNSS перехватывают и интерпретируют эти данные.
Доступная глобальная точность без лишних хлопот.
Получайте точное позиционирование до сантиметра на любом двух диапазонном устройстве GNSS с молниеносным временем сходимости в нашей сети поправок RTK.
Как работает ГНСС?
Чтобы определить свое местоположение, приемник GNSS захватывает спутниковые сигналы и вычисляет время их прохождения. Используя скорость света как константу, приемник вычисляет расстояние между собой и каждым спутником. Он определяет свое точное положение на поверхности Земли, объединяя измерения расстояния с нескольких спутников.
Простейшие приемники GNSS, такие как те, что установлены в смартфонах и базовых портативных устройствах, могут получать базовую информацию о местоположении непосредственно со спутников GNSS (в пределах нескольких метров).
Однако ошибки в уравнении GNSS, такие как неточности часов и орбиты, ионосферные и тропосферные возмущения , а также смещения кодов среди спутниковых систем, могут повлиять на точность.
Коррекции GNSS и GPS
Коррекции GNSS — это корректировки, которые вносятся для противодействия ошибкам в различных созвездиях GNSS. Хотя GPS (глобальная система позиционирования) — это специфическое созвездие в рамках GNSS, методы коррекции применяются аналогичным образом в других системах GNSS, включая ГЛОНАСС, Galileo и BeiDou.
Услуги коррекции GNSS Point One Navigation работают со всеми известными созвездиями, обеспечивая повышенную точность независимо от конкретной спутниковой системы. Эти поправки жизненно важны для высокоточных приложений, преобразуя данные GNSS из общей оценки в позиционирование с точностью до см.
Причины ошибок GNSS
Неточности эфемерид , расхождения в спутниковых часах, ионосферные возмущения, тропосферные условия и смещения среди различных спутниковых систем могут вызывать ошибки в сигналах GNSS. Понимание этих проблем имеет важное значение при выборе метода коррекции для конкретного приложения или продукта.
Ошибки данных эфемерид
Данные эфемериды, входные данные, которые GNSS использует для расчета местоположения, представляют собой информацию об орбитальных параметрах спутника и его положении в пространстве. Когда данные эфемериды неточны, это может повлиять на точность расчетов позиционирования GNSS, которые определяют местоположение спутника, и, как следствие, положение приемника на Земле.
Если GNSS не имеет точных знаний о фактическом положении спутника или использует неверную информацию о местоположении, пересечение сигналов не будет выравниваться правильно. В результате точность положения и время передачи/приема сигнала будут скомпрометированы, что приведет к менее точным результатам.
Несоответствия в показаниях спутниковых часов
Спутники GNSS оснащены высокоточными атомными часами, но эти часы не свободны от источников ошибок. Со временем незначительные изменения в скорости хода часов могут привести к значительным ошибкам синхронизации. Скорость, с которой движутся спутники GNSS, достигающая приблизительно 7000 миль в час, вносит относительные различия во время на земле и в космосе — они предсказуемы.
Существуют также другие ошибки, которые являются случайными. Хотя наземная станция управления пытается исправить как предсказуемую, так и случайную изменчивость частоты часов, эти обновления происходят только каждые несколько часов, и возникают несоответствия в ошибках часов.
Точное измерение расстояния в GNSS требует точной синхронизации часов, поскольку приемники GNSS используют эти временные метки для расчета своего расстояния от спутника. Любое несоответствие может привести к существенным ошибкам позиционирования, напрямую влияя на восприятие приемником времени, которое требуется сигналу для прохождения от спутника до Земли.
Состояние ионосферы
Ионосфера представляет собой слой в верхней атмосфере Земли, состоящий из заряженных частиц, которые влияют на скорость света и радиосигналов. Флуктуации солнечной радиации и другие условия могут задерживать или искажать сигналы GNSS, что приводит к ошибкам измерений, которые необходимо корректировать для достижения точного позиционирования на Земле.
Хотя воздействие ионосферы может вызывать значительные ошибки в интерпретации сигнала, эти ошибки можно эффективно моделировать и корректировать с относительно большого расстояния. При правильной технологии неблагоприятные эффекты ионосферы можно смягчить в расчетах сигнала GNSS.
Тропосферные условия
Тропосфера, атмосферный слой, ответственный за погодные явления, является еще одним фактором, который может влиять на сигналы GNSS. Колебания температуры, влажности и атмосферного давления в тропосфере могут привести к ошибкам в измерениях GNSS, изменяя скорость света и любую последующую интерпретацию сигнала.
Хотя эти тропосферные эффекты оказывают меньшее влияние на интерпретацию сигнала, чем другие факторы, они сильно локализованы и требуют моделирования и коррекции с относительно близкого расстояния.
Кодовая предвзятость и групповая задержка
Стоит отметить, что спутниковые системы GNSS эксплуатируются различными странами и организациями, каждая из которых использует собственную временную привязку и частоту. Различия между сигналами, исходящими от этих различных спутниковых систем, известные как смещение кода или групповая задержка, также могут приводить к ошибкам в измерении сигнала и влиять на точность позиционирования GNSS.
Методы коррекции GNSS для высокоточного позиционирования
При выборе метода коррекции сигнала GNSS критически важно понимать эти источники ошибок и их влияние. RTK, PPP и SSR имеют свои преимущества и недостатки, поэтому знание их конкретных методологий может оптимизировать конкретные цели.
Неоткорректированные сигналы GNSS
Неоткорректированные GNSS, такие как в простых устройствах, таких как телефоны или базовые карманные устройства, могут быть неточными, часто требуя времени для точного определения местоположения. Эти системы выполняют измерение дальности с использованием спутниковых сигналов, но точность может значительно варьироваться без аугментации, обычно в пределах от 1 до 20 метров.
Основными источниками ошибок в некорректированных GNSS являются неточности в данных спутниковых часов и орбит (эфемериды), ионосферные возмущения и тропосферные условия. Эти факторы способствуют задержке «времени первого определения» ( TTFF ), влияя на то, как быстро приемник может установить точное положение.
Ожидаемая точность: 1–20 м.
Плюсы:
- Бесплатно
- Широкодоступно
Ограничения:
- Неточные данные о местоположении
- Медленный TTFF
- Подвержен ошибкам многолучевого распространения
- Ограниченная функциональность в сложных условиях
- Нет защиты от подмены или глушения сигнала
Идеально подходит для: общих, некритических применений, где не требуется высокая точность.
Менее подходит для: профессиональных и промышленных применений, требующих высокой точности.
RTK (кинематика в реальном времени)
Коррекция RTK широко считается золотым стандартом в высокоточной коррекции сигнала GNSS. Этот подход подразумевает установку базовой станции вблизи целевой области (обычно в пределах 30-50 километров). Затем базовая станция передает опорный сигнал на приемник GNSS, что позволяет выполнять точные расчеты позиционирования. Многие из ранее упомянутых эффектов сигнала оказывают минимальное влияние, поскольку опорный сигнал и приемник физически близки.
Расчет позиционного расхождения между опорной станцией и приемником GNSS возможен путем сравнения этих тонких различий сигналов. Учитывая высокую точность положения опорной станции, добавление этого расхождения к координатам опорной станции приводит к чрезвычайно точным положениям приемника GNSS. Любые неточности сигнала можно исправить путем измерения разницы между положением опорной станции и приемником GNSS.
Несмотря на свою репутацию исключительной точности, основной недостаток классических решений RTK (или возможности создания собственных ) заключается в необходимости обширной сети базовых станций для обеспечения глобальной коррекции сигнала. Создание и поддержание такой плотной инфраструктуры может быстро стать непомерно затратным для некоторых организаций.
Ожидаемая точность: точность на уровне сантиметра.
Плюсы:
- Коррекция в реальном времени с высокой точностью.
- Минимизирует влияние распространенных помех сигнала.
- Обеспечивает точность на уровне сантиметра.
- Идеально подходит для сред, где точное позиционирование имеет решающее значение.
Ограничения:
- Зависит от близости к базовым станциям.
- Менее эффективен в отдаленных районах с недостаточно развитой инфраструктурой.
- Первоначальная настройка и калибровка могут потребовать технических знаний.
Идеально подходит для: автономных транспортных средств, предотвращения повреждений, робототехники и потребительской навигации в развитых районах.
Менее подходит для: позиционирования приложений в отдаленных районах.
PPP (точное позиционирование точки)
PPP использует ограниченное количество высокоточных и точных станций для коррекции сигнала. Алгоритм PPP разделяет вычисления коррекции между этими станциями и приемниками GNSS.
Станции PPP моделируют известные источники ошибок в системе GNSS, включая неточности эфемерид, расхождения часов и групповую задержку.
Затем эта информация передается на приемники GNSS, которые выполняют дальнейшие вычисления на основе локальных условий, чтобы закрыть разрыв в ошибках. Объединяя данные сигнала, собранные с течением времени, с известными источниками ошибок со станций PPP, приемники GNSS измеряют как универсальные, так и локализованные ошибки (такие как ионосферные и тропосферные эффекты), в конечном итоге определяя необходимые коррекции сигнала.
Хотя PPP обеспечивает исключительную точность, дефицит станций PPP приводит к более медленному времени коррекции сигнала. Например, коррекция сигнала может занять около 20-25 минут (по сравнению с секундами при использовании других методов).
В чрезвычайно сложных условиях коррекция может занять еще больше времени, поскольку приемнику необходимо независимо рассчитывать как ионосферные, так и тропосферные эффекты.
Ожидаемая точность: Высокая точность, но в целом ниже, чем у RTK.
Плюсы:
- Глобальный охват.
- Не ограничено близостью к опорным станциям.
Ограничения:
- Достижение полной точности занимает больше времени, коррекция сигнала занимает больше времени.
- Увеличенное время коррекции в сложных условиях.
- Не подходит для удовлетворения сиюминутных потребностей.
Идеально подходит для: тяжелого оборудования или аналогичных приложений, которые могут ожидать точной информации о местоположении или работать в областях, где услуги RTK или NTRIP могут быть невозможны, например, на воде или в удаленных местах.
Менее подходит для: потребительских ГНСС, автономных транспортных средств и других приложений, требующих мгновенной информации о местоположении.
Государственное пространственное представление (SSR) или PPP-RTK
SSR — это новейшая инновация в коррекции сигнала, которая представляет собой передовую часть технологии GNSS. Она предоставляет важные данные, такие как расхождения эфемерид, часов и смещения кода, аналогичные тем, что предлагает PPP, а также информацию о локализованных ионосферных и тропосферных помехах.
Однако существенная проблема заключается в том, что многие приемники GNSS не оснащены для эффективной обработки всех данных, предоставляемых SSR, что затрудняет их преобразование в значимые позиции. Данные SSR могут быть преобразованы в виртуальную базовую станцию (VBS) для решения этой проблемы. По сути, эта VBS имитирует базовую станцию RTK для обычных приемников, позволяя им интерпретировать данные SSR.
Такой подход обеспечивает более широкое внедрение SSR и делает высокоточное позиционирование более доступным для более широкого спектра приемников GNSS.
Ожидаемая точность: сопоставима с RTK во многих сценариях.
Плюсы:
- Сочетает в себе преимущества RTK и PPP.
- Предлагает подробные исправления, включая местные атмосферные условия.
Ограничения:
- Требуются приемники, способные обрабатывать сложные данные SSR.
- Интеграция может оказаться сложной задачей.
- Не настолько легкодоступен и удобен для всех пользователей.
- Первоначальная настройка и калибровка более сложны.
Идеально подходит для: сценариев в области автомобилестроения и робототехники или для пользователей с низким уровнем доступа к оборудованию GNSS, которое может интегрировать необходимое вспомогательное программное обеспечение.
Менее подходит для: команд, использующих универсальных ресиверов.
Как выбрать правильные службы коррекции GNSS
При наличии ряда доступных услуг коррекции GNSS понимание нюансов каждого варианта является ключом к осознанному выбору. Процесс выбора включает оценку плотности покрытия, точности, поддержки различных протоколов, созвездий, частот, а также опыта и мер безопасности поставщика.
Плотность и точность
Плотность сети службы коррекции GNSS и ее возможности точности имеют основополагающее значение. Более плотная сеть наземных станций управления может предложить более точные и надежные коррекции, особенно в сложных условиях.
Точность, измеряемая точностью позиционирования, имеет решающее значение для приложений, требующих точности на уровне сантиметра, таких как геодезия или навигация в автономных транспортных средствах.
Поддержка протоколов, созвездий и частот
Совместимость с различными протоколами, созвездиями спутников и частотами является еще одним важным аспектом. Службы RTK, которые поддерживают несколько созвездий (например, GPS, ГЛОНАСС, Galileo и BeiDou) и различные частоты, обеспечивают более надежные и последовательные исправления.
Возможность работы с различными протоколами обеспечивает гибкость и более широкое применение.
Профессионализм и безопасность
Профессионализм поставщика услуг коррекции GNSS и приверженность безопасности данных также являются ключевыми. Если вы масштабируете бизнес, требующий точности определения местоположения вплоть до см, вам нужен профессиональный, надежный партнер, который ставит безопасность на первое место, управляет и поддерживает все аспекты обслуживания, чтобы вам никогда не пришлось иметь дело с простоями.
Возможности расширения
Рассмотрите потенциал будущего расширения и адаптивности сервиса. По мере развития технологии GNSS способность корректирующего сервиса адаптироваться и внедрять новые достижения имеет решающее значение для долгосрочной полезности и ценности.
Типы услуг по коррекции RTK
Каждый метод коррекции сигналов GNSS предлагает различные уровни точности и пригодности для конкретных приложений. Однако растущие требования организаций, ищущих наивысшую точность в своих требованиях к позиционированию, означают, что все методы коррекции должны быть масштабируемыми, эффективными и точными.
Point One управляет обширной сетью из более чем 1440 глобальных базовых станций, из которых более 900 находятся только в США. Эта сеть продолжает регулярно расширяться в ответ на запросы пользователей, обеспечивая доставку поправок сигнала GNSS на уровне сантиметра везде, где это необходимо, включая области без покрытия сотовой связью.
Используя эту надежную сеть, Point One разработала комплексный набор продуктов коррекции GNSS, удовлетворяющий разнообразные потребности различных организаций. Эти предложения варьируются от классического RTK до SSR и всего, что находится между ними, позволяя пользователям выбирать наиболее подходящее решение для достижения точного позиционирования.
Поларис РТК
Решения Polaris RTK от Point One предоставляют разработчикам высокоточные коррекции сигнала GNSS без необходимости управлять собственными базовыми станциями. Используя любой приемник GNSS, совместимый с RTK, можно добиться поправок на уровне сантиметра за считанные секунды, предоставляя быстрые и точные данные позиционирования для приложений, требующих скорости и точности.
Точность позиционирования: до сантиметра.
Скорость коррекции: <5 секунд
Требуется приемник: любой совместимый с RTK приемник
Поларис ССР
Решения Polaris SSR от Point One объединяют их обширную сеть глобальных базовых станций RTK с передовой технологией SSR, устраняя пробелы, которые обычно требуют создания VBS. Самая полная в мире сеть RTK может использоваться с любым приемником, совместимым с RTK, позволяя вносить поправки на 5-10 сантиметров менее чем за 30 секунд.
Эта скорость более чем в 80 раз превышает скорость традиционных решений PPP, обеспечивая высокоэффективные и точные возможности позиционирования.
Точность позиционирования: 5-10 сантиметров
Скорость коррекции: < 30 секунд
Требуется приемник: любой совместимый с RTK приемник
Узнайте больше о Polaris SSR
Поларис VBS
Решения Polaris VBS от Point One позволяют универсальным приемникам выполнять точную коррекцию сигнала для команд, которые не могут настроить собственную VBS, но ищут сочетание традиционных и передовых технологий.
Сеть VBS Point One взаимодействует с любым приемником GNSS для выполнения поправок на уровне 5–10 сантиметров примерно за 15 секунд. Это делает ее идеальной для команд, желающих повысить скорость с помощью устаревшего приемника.
Точность позиционирования: 5-10 сантиметров
Скорость коррекции: <15 секунд
Требуется приемник: универсальный приемник
Узнайте больше о Polaris VBS
Подробнее о поправках GNSS
Коррекции GNSS охватывают ряд процессов и соображений, имеющих решающее значение для точных данных позиционирования. Эти коррекции устраняют присущие неточности сигнала GNSS и имеют жизненно важное значение для различных приложений, которые зависят от точной информации о местоположении.
Как исправить данные GNSS?
Исправление данных GNSS включает использование систем дополнения, таких как RTK, PPP или SSR; эти системы предоставляют дополнительную информацию для противодействия неточностям в сигналах GNSS. Этот процесс исправления может выполняться в режиме реального времени (как в случае RTK) или посредством постобработки, в зависимости от требований системы и приложения.
Пользователи выбирают метод коррекции, который соответствует их конкретным потребностям, учитывая такие факторы, как требуемый уровень точности и эксплуатационные ограничения.
Что такое GNSS-поправка?
GNSS-фиксация относится к процессу, посредством которого приемник GNSS вычисляет свое положение, получая сигналы от нескольких спутников GNSS. Точность этого определения положения может варьироваться от точности на уровне метра в стандартной GNSS до точности на уровне сантиметра в системах, использующих передовые методы коррекции.
Что такое ошибки GNSS?
Ошибки GNSS — это неточности в данных позиционирования, вызванные различными факторами, включая расхождения спутниковых часов, орбитальные ошибки, атмосферные условия (ионосферные и тропосферные эффекты) и многолучевое распространение сигнала.
Эти ошибки могут существенно повлиять на надежность данных ГНСС, если их не исправить должным образом.
Сколько стоят поправки GNSS?
Стоимость поправок GNSS варьируется в зависимости от типа сервиса и требуемого уровня точности. Бесплатные услуги поправок GNSS предлагают базовые улучшения, в то время как платные услуги, такие как RTK и PPP, обеспечивают более высокую точность за определенную плату.
Инвестиции в передовые службы коррекции GNSS часто оправдываются их высокой точностью и надежностью, особенно в профессиональных и промышленных приложениях.
Доступ к лучшим системам программного обеспечения для коррекции GNSS
Методы коррекции сигнала GNSS значительно изменились, чтобы идти в ногу с быстрым технологическим прогрессом. Эта эволюция привела к разработке более сложных и удобных для пользователя решений коррекции, повышающих точность и надежность в различных приложениях.
Dronetechstore предлагает комплексный набор решений для коррекции GNSS, которые удовлетворяют разнообразные потребности разработчиков и профессионалов. Наши решения предназначены для поддержки создания приложений и продуктов на основе определения местоположения с непревзойденной точностью до сантиметра.
0 комментариев