GNSS 修正揭秘

各种GNSS校正机制的简单比较
假设您的技术需要可靠、准确的全球定位。您做了一些研究并决定为自己购买一个多频 GPS/GNSS [1] 接收器。您订购了评估套件，但如何让您的接收器提供其承诺的高精度？GNSS 接收器依靠外部校正来补偿称为GNSS 误差的各种缺陷，以尽快实现分米甚至厘米级的精度。

纠正 GNSS 错误
基于 GNSS 的定位是使用一种方法计算的，由于 GNSS 卫星以及地球大气层引起的一些误差，该方法本身的精度有限。

GNSS 卫星本质上是绕地球运行的高精度同步时钟，不断广播其定位和授时信息。GNSS 用户接收器从多个“飞行时钟”获取信号，并计算其与每颗卫星的距离。当接收器知道到至少四颗卫星的距离时，它可以推断出自己的位置。然而，该位置的准确性会受到某些误差的影响。

GNSS 卫星时钟和轨道误差需要进行校正，以实现高水平的定位精度。
 
即使 GNSS 卫星上的先进时钟也会经历微小的漂移，从而导致时钟误差。GNSS 卫星绕地球运行时的运动是可以预测的。这些预测并不理想，这会导致所谓的轨道误差。此外，卫星设备会引入小的信号误差，这些误差被建模为卫星偏差。除了卫星误差外，还有大气误差，这是由信号穿过地球电离层（外层）和对流层（靠近地球表面的层）时经历的失真和延迟引起的。最后，接收器周围的本地环境以及接收器本身可能会引入错误。例如，卫星信号可能会被建筑物和高层建筑反射，这种现象称为多径。

GNSS 接收器无法自行纠正卫星和大气误差，而是依赖于外部源提供的数据。时钟和轨道误差取决于卫星，这意味着它们在世界各地都是相同的。另一方面，大气误差取决于信号从卫星传播到用户时所采取的路径，因此根据接收器的位置而有所不同。  

为了克服卫星和大气误差，可以使用参考站（也称为基站） 。参考站是安装在固定且精确已知位置的 GNSS 接收器，用于估计 GNSS 误差并将其以GNSS 校正的形式发送给用户接收器（见下图）。参考网络由分布在某个区域的互连参考接收器组成。

用户接收器获取数据，用于纠正卫星和大气误差。
 

接收端错误只能通过强大的接收器技术和谨慎的操作来部分处理。根据应用的校正类型，可能需要几秒钟到几分钟的初始化时间才能实现高精度。  

高精度定位的修正类型
直到最近几年，RTK 和 PPP 已成为向用户接收器提供 GNSS 校正的既定方法。如今，对高精度定位的需求不断增长，这为混合PPP-RTK等新定位技术铺平了道路。

RTK – 最高级别的精度
在RTK（实时动态）方法中，用户接收器从单个基站或本地参考网络获取校正数据。然后，它使用这些数据来消除大部分 GNSS 错误。RTK 的原理是基站和用户接收器距离很近（最大相距 40 公里或 25 英里），因此“看到”相同的误差。例如，由于用户和参考站的电离层延迟相似，因此可以从解中消除它们，从而实现更高的精度。

RTK 方法针对特定位置提供改正，而 PPP 和 PPP-RTK 方法将改正模型 广播到更大的区域，但精度稍低。为了传输该校正模型，可以使用称为 SSR（空间状态表示）的消息格式。业界对“SSR”一词存在一些混淆，因为它通常与较新的 PPP-RTK 方法相关。但要小心，因为“SSR”有时也被用作流行语来指代传统的 PPP 服务。

PPP——全球可访问且准确，但有一定成本
PPP（精确单点定位）修正仅包含卫星时钟和轨道误差。由于这些误差是卫星特定的，因此与用户的位置无关，因此世界各地只需要有限数量的参考站。由于PPP改正中不包含大气误差，因此该方法只能达到较低的精度水平，并且预计初始化时间较长，可达20-30分钟，这对于某些应用来说可能不切实际。PPP 传统上用于海运业，如今已扩展到农业等各种陆地应用，作为获取全球 GNSS 校正的便捷方式。

PPP-RTK，两全其美？
PPP-RTK（又名 SSR）是最新一代的 GNSS 校正服务，将接近 RTK 的精度和快速的初始化时间与 PPP 的广播特性相结合。参考网络大约每 150 公里（100 英里）就有一个站点，用于收集 GNSS 数据并计算卫星和大气校正模型。如上所述，大气校正是区域性的，因此需要比 PPP 更密集的参考网络。然后，这些修正将通过互联网、卫星或电信服务广播给该地区的用户。订阅的接收器使用广播的校正模型来推断其特定位置的校正，从而实现亚分米精度。惩戒不可知论合作伙伴计划Septentrio 提供的服务允许用户通过可靠的 GNSS 接收器轻松连接到所选服务。了解如何充分利用最新的校正服务以及如何将它们集成到您的系统中。 

三种 GNSS 校正方法的比较
下表比较了三种校正方法，突出了它们的优点和缺点。

所有三种方法的基础设施密度和初始化时间随着纠正的错误类型的不同而变化，请参见下图。PPP-RTK 和 PPP 的广播性质，以及它们所需的较轻的基础设施，使得这些方法可以针对大众市场应用进行扩展。  

三种方法中每种方法纠正的错误类型。
 

一些 GNSS 接收器还采用先进的定位算法来补偿接收器端问题，例如多路径（请参阅 Septentrio APME+）、干扰和欺骗。这增加了高精度定位的可靠性和稳健性。有关欺骗的更多信息，请参阅什么是欺骗和如何确保 GPS 安全。

获取 GNSS 修正
现代工业接收器通常通过订阅服务获得 GNSS 校正，该服务通过互联网（使用 NTRIP 协议）、卫星或 4G/5G 提供。如今，在汽车工业、自动化和智能消费设备的高精度需求的推动下，校正服务市场蓬勃发展。汽车供应商和许多其他新参与者正在部署基础设施，以在全球范围内建立厘米级定位服务。

用户接收器通常通过互联网、卫星或 4G/5G 提供的订阅服务获得 GNSS 校正。
 

PPP 和 PPP-RTK 校正甚至可以直接通过 GNSS 卫星传输，如 QZSS 星座的日本 CLAS 服务，或伽利略计划的高精度服务 (HAS)。根据网络密度和误差建模的质量，可以实现不同的初始化时间和精度。这意味着不同服务提供商的定位质量可能有所不同。

德国电信、日本软银和 NTT 等主要电信公司正在为其基础设施配备 GNSS 接收器，以实现新的校正服务。3GPP 提供了包括 LTE、4G 和 5G 在内的移动电话规范，现在在其移动协议中涵盖了 GNSS 卫星校正的广播。由于参考接收器正在成为电信塔等关键基础设施的一部分，因此它们必须具有高水平的安全性，以保护它们免受潜在的干扰或欺骗攻击（请参阅Septentrio AIM+技术）。

哪些更正适合我？
适合您的技术的校正服务取决于您的位置和服务区域、您的准确性和可靠性需求以及预算。由于校正市场不断扩大，集成商或 GNSS 制造商帮助您选择适合您的工业应用的最佳校正方法现在比以往任何时候都更加重要。如果您选择的 GNSS 接收器不会将您“锁定”到特定的校正服务，您将可以自由选择最适合您的应用及其位置的校正方法。随着校正方法的不断发展，这种“非锁定”开放接口接收器还为客户提供了未来灵活切换到另一种更有益的服务的机会。

脚注： 

[1] 全球导航卫星系统包括美国的GPS、欧洲的伽利略、俄罗斯的格洛纳斯、中国的北斗、日本的QZSS和印度的NavIC。这些卫星星座向接收器广播定位信息，接收器使用该信息来计算其位置。
参考：
PPP-RTK技术报告
未来自动驾驶合作
LTE 定位和 RTK：精确到厘米
 
有关的：
CLAS - 日本的 GNSS 校正 - 了解有关日本厘米级校正服务的所有信息
点播网络研讨会：  GNSS 校正揭秘- 从 Fugro-Marinestar、Sapcorda、Lear Corporation 和 Point One Nav 工作的特邀演讲者那里获取行业见解。

https://www.septentrio.com/en/learn-more/insights/gnss-corrections-demystified