精确点定位 (PPP)

能够确定设备在世界任何地方的位置对许多应用都至关重要。从在不同地域市场销售的产品到远距离操作的便携式设备，无需选择本地基础设施就能在全球范围内获得快速、高精度定位数据的能力至关重要。

仅靠来自全球导航卫星系统（GNSS）卫星的定位信号无法达到某些使用情况下所需的精度水平。这就需要校正数据。PPP 校正服务是在实际使用中持续实现低于 20 厘米级精度的一种选择。PPP 修正服务非常适合的应用包括工业自动化、智能建筑、精准农业、铁路、海事和机器人。

为什么需要校正数据？

GNSS 信号可使设备计算出其在世界上的位置。全球导航卫星系统接收器通过将光速乘以卫星信号到达接收器所需的时间来计算其位置。然而，各种因素会影响这些信号，进而影响计算位置的准确性。

影响 GNSS 信号的因素包括

• 卫星轨道误差：卫星预测轨道与其实际轨道之间的差异。
• 卫星时钟误差：卫星的星载时钟时间与星座 GNSS 系统时间之间的差异。
• 代码和载波相位偏差：卫星传输的 GNSS 信号之间的差异，如 GPS L1 vs L2C vs L5。这些都会给伪距（代码偏差）和载波相位（相位偏差）测量带来误差。
• 大气条件：电离层和对流层延迟会影响穿过大气层的信号。

虽然上述因素可以通过 PPP 校正服务来缓解，但其他变量则取决于环境或硬件：

• 多径干扰：在城市或有障碍物的环境中非常明显，信号在到达天线之前会在表面反射。
• 接收器时钟误差：设备本身的内部定时变化。虽然校正服务无法 "修复 "本地硬件漂移，但 u-blox 模块利用高质量 TCXO 将这些影响降至最低，为高精度收敛提供了必要的稳定定时基础。

由于这些因素的影响，GNSS 接收机的定位精度会因接收机的性能和环境的不同而有很大差异。

对于标准的单频多星座接收器，在开阔天空条件下，水平精度通常在 1.5 米至 2.0 米（CEP 50%）范围内。虽然多波段（L1/L2/L5）接收机可以通过内部减弱电离层误差来提高水平精度，但它们仍然缺乏卫星轨道和时钟偏差的校正数据，因此无法可靠地突破米级障碍。

要获得许多实时应用所需的一致的分米甚至厘米级精度，每个终端设备都需要获得高保真校正数据。通过解决上述空间段和大气误差问题，这些服务可使导航滤波器实现高置信度收敛，将米级估计值转化为可操作的精确定位。

什么是 PPP 校正服务，它们如何工作？

PPP 服务是在使用 GNSS 时获得更高水平定位精度的一种选择。PPP 校正数据以单向流的形式从服务提供商广播到终端设备，这使得这些服务能够以具有成本效益的方式扩展并支持超大规模的部署。数据可通过 GNSS 卫星、使用 L 波段的专用卫星（通常位于地球静止轨道）或互联网传输。

PPP 校正数据到达接收器后，将应用于接收器从多个 GNSS 卫星收集的测量数据。

这在导航滤波器中进行，如扩展卡尔曼滤波器（EKF）或类似的估计算法。其结果是对接收器的位置、时钟误差和其他参数进行估计。

其结果是对接收机的全局位置进行更精确的估计。校正后的位置数据可与其他传感器融合，以控制机器的移动，或作为施工监控报告的瞬时参考点。

PPP 服务可纠正哪些 GNSS 误差？

PPP 服务存在不同的变体。其中大多数都提供时钟、轨道和编码偏差校正，但附加校正的情况各不相同。这对接收机所能达到的定位精度和收敛时间有很大影响。

下表比较了不同的校正服务类型，并说明了这些差异。

PointPerfect Flex(PPP-RTK) 提供区域大气校正，与合适的接收机（如 u-bloxF9、F20或X20系列的多波段型号）一起使用时可实现快速收敛。它具有卓越的性能，在其覆盖范围内精度可达 3-6 厘米。在世界各地销售或运营的产品可能需要全球覆盖。

相比之下，传统的全球 PPP 服务不包括大气校正数据，要达到完全精确需要很长的收敛时间。收敛时间可能长达 20-30 分钟。然而，GNSS 接收机技术的进步将更强大的处理器与全波段接收技术相结合，使 PPP 成为可行的选择，甚至成为某些高精度应用的最佳解决方案。为了实现 1-5 分钟的最佳收敛时间，需要选择信号以最大限度地提高不同 GNSS 信号频率之间的间隔。因此，全波段能力，特别是 L6/E6 信号支持具有重大影响。

要达到厘米级精度，接收器必须能够解决载波相位模糊问题。除了最高质量的时钟、轨道和编码偏差校正外，还需要包括相位偏差校正。如上表所示，PPP-AR 和 PPP-RTK 服务包括这些相位偏差校正，与传统的 PPP 解决方案相比，能显著提高精度。

最后，在 PPP-RTK 服务中，区域电离层校正占数据有效载荷的绝大部分，而 PPP 服务在设计上省略了这些带宽密集型大气校正，从而实现了全球可扩展性并大大降低了数据传输要求。这种精简的数据足迹即使在传输能力极低的通信链路（如受限的 L 波段卫星信道或低功率广域网 (LPWAN)）上也能实现一致的高精度定位，为原始设备制造商在全球部署分米级精度提供了一条具有成本效益和运营效率的途径，同时避免了需要紧密间隔的基准站和昂贵的通信基础设施的重资产方法。

目前有哪些 PPP 服务？

产品设计人员可以从许多免费和商业 PPP 修正服务中进行选择。

u-blox PointPerfect 全球

u-blox PointPerfect的修正数据服务 组合正在不断扩展，除了现有的 PointPerfect Flex (PPP-RTK) 和 PointPerfect Live (network RTK) 服务外，还包括 PointPerfect Global (PPP-AR)。这项全面的服务可确保用户自动利用其特定位置的最佳可用基础设施，从而实现尽可能高的定位精度。在本地 RTK 网络或 SBAS 无法覆盖的地区，这些服务可提供一致的高精度替代方案，使原始设备制造商能够部署单一、可扩展的解决方案，在不同的地理市场保持分米级性能。

伽利略高精度服务（HAS）

虽然伽利略高精度服务（HAS）仍在不断发展，但它可以说是免费使用的 PPP 校正领域最重要的发展。其价值主张在于其独特的交付机制和全球可访问性，提供了一种 "开箱即用 "的高精度体验，消除了传统的进入障碍。

伽利略 HAS 的突出特点是其分发。伽利略卫星星座通过 E6 信号（L6 波段内）直接传输修正数据。

• 无需基础设施：L 波段服务通过几颗地球静止卫星提供，这些卫星可能位于地平线较低的位置，容易受到 "无线电阴影 "或障碍物的影响，而伽利略 HAS 则不同，它的信号来自星座中的每颗卫星。
• 操作简单：对于原始设备制造商而言，无需使用蜂窝调制解调器、SIM 卡或第三方服务和数据订阅。此外，由于校正嵌入在 GNSS 信号中，因此不需要单独的专用 L 波段接收器。只需一个兼容的全波段接收器和天线（如 u-blox ZED-X20P 或 ZED-X20D），就能实现分米级精度。

伽利略 HAS 的设计可扩展性能。虽然目前还处于初始阶段，但欧盟空间计划局（EUSPA）承诺的路线图勾勒出了到 2026 年第四季度实现 "全面服务 "的清晰路径：

• 1 级服务（全球）：对轨道和时钟误差以及代码和相位偏差进行修正。该级别的目标是在有利条件下精度优于 20 厘米，收敛时间小于 300 秒。

技术说明：虽然相位偏差传输是达到这些精度的关键，但随着 EUSPA 优化这些数据流以实现 2026 年全面服务里程碑，用户应监测分阶段推出的情况。

• 服务级别 2（区域 - 欧洲）：通过纳入大气（电离层）校正，服务级别 2 将显著加快性能，使整个欧洲大陆的收敛时间低于 100 秒。

伽利略 HAS 提供了令人信服的 "全球 SKU "战略。由于覆盖范围是全球的，而且传输本身就嵌入在全球导航卫星系统信号中，因此制造商可以开发出适用于全球的单一硬件解决方案，而无需管理特定地区的合同或本地硬件差异。
这就简化了集成路径，高精度定位不再是复杂的附加功能，而是标准的嵌入式功能。

区域 PPP 替代方案：

伽利略 HAS 的替代方案包括中国的北斗 PPP-B2b、日本的 MADOCA-PPP 以及澳大利亚和新西兰政府联合发起的 SouthPAN PPP。 它们为全球原始设备制造商带来了 "碎片税"。这些服务依赖于区域基准站，校正只在特定区域内有效。在整个开发过程中，原始设备制造商只能将许多区域服务拼接在一起。相比之下，Galileo HAS 和 u-blox PointPerfect Global 提供了真正的全球平台。

要使用 PPP 服务，您的产品需要具备哪些功能？

要使 PPP 成为动态应用中的可行选择，需要满足几个关键标准。如前所述，接收器必须是全波段的，包括 L6/E6/B3，并且功能强大，能够处理 PPP 处理所需的复杂计算。基于 u-blox X20 平台的产品能够满足这些要求。

此外，校正服务本身也起着至关重要的作用。它必须包括载波相位偏差校正，并支持尽可能多的星座和频段。最理想的情况是支持所有全球导航卫星系统。

仔细的天线设计对于任何高精度解决方案也至关重要，因为在试图获得最高精度时，多径仍然是一个重大挑战。 随着市场的发展，我们预计会有越来越多的全频段天线出现，以满足不同的预算和外形要求。u-blox 的全波段ANN-MB2天线是设计人员的一个选择，它能以极具成本效益的方式实现许多应用所需的性能。

PPP：面向原始设备制造商的全球解决方案

这些先进技术共同构成了一个统一的、可全球扩展的高精度解决方案，它不依赖于本地基础设施。这为原始设备制造商将高精度定位无缝集成到其产品和服务中带来了新的可能性。这样，就可以大规模部署厘米级导航，消除终端用户自行采购和集成校正服务的负担，或就特定地区的合同、许可和硬件进行谈判。这些新技术不再是零散而复杂的挑战，而是允许高精度 GNSS 作为嵌入式功能无缝集成，并在部署时完全投入使用。