低轨增强广域PPP-RTK定位收敛时间大幅缩短
低轨增强广域PPP-RTK定位收敛时间大幅缩短
低轨卫星增强技术正在为全球精密定位带来革命性变化。最新研究表明，通过引入低轨卫星信号，广域PPP-RTK定位的收敛时间可大幅缩短至1-2分钟，这一突破有望解决传统GNSS定位中大气精准内插的瓶颈问题。
基于传统GNSS的非差非组合PPP-RTK定位，需要网络端向用户端播发GNSS卫星钟差以及载波相位硬件延迟来最终固定整周模糊度，并获得精确定位；而选择性地播发电离层改正，则可帮助用户加快收敛时间，进行快速精确定位。对于地面站稀疏分布于广阔区域的地面站网，电离层延迟的精准内插存在挑战，因此在此种情况下，常放弃向用户播发电离层改正，造成用户达成精确定位的收敛时间显著增长。
相比位于2万千米以上的GNSS卫星来说，低轨卫星位于几百至上千千米高度，这使低轨卫星网相对地球的几何变化显著快于GNSS卫星，对加速定位收敛有很大益处。图1展示了GPS单系统（G）与GPS/北斗双系统（GC）在不加入以及加入120颗低轨卫星（L）仿真导航信号情况下的水平动态定位误差的68.27% (1)百分线。由图可见，不管使用了GNSS单系统还是双系统数据，定位收敛时间均大幅缩短。
图1 GPS单系统（左）与GPS/北斗双系统在不加入以及加入低轨卫星导航信号后的水平动态定位误差68.27% (1)百分线，Float与PAR分别代表不固定及部分固定整周模糊度的情况。
不仅针对水平动态定位模式，针对各种定位模式低轨增强对广域PPP-RTK的收敛时间都有显著改善。图2展示了不同模式下高程（左）及水平定位误差（右）的68.27% (1)百分线收敛进入5厘米及1分米的时间。由图可见，不管使用了GNSS单系统还是双系统，不管对于静态（Sta）还是动态定位（Kin），不管参考的是水平还是高程，也不管是否固定整周模糊度，低轨的加入（见紫色区域）对于广域PPP-RTK的快速收敛具有“淹没效应”，可快速在1～2分钟内收敛至1分米。
图2 各种模式下高程（左）及水平定位误差（右）的68.27% (1)百分线收敛至5厘米及1分米的时间。
大型低轨导航星座未来将为地面精密定位授时带来一系列益处，本研究以广域PPP-RTK定位为例，展示了低轨增强的加入使常困扰PPP-RTK的大气精准内插问题不再成为瓶颈，也不再敏感于用户的运动状态以及使用的GNSS系统数量。在无大气改正，无多系统的动态定位模式下，亦可快速收敛至精密结果。
本研究受中国科学院国际伙伴计划（021GJHZ2023010FN）以及国家自然科学基金（1207303）资助，通过与国际研究机构合作，揭示了低轨增强对GNSS精密定位授时的影响。
本文原文来自中国科学院国家授时中心