引言：你能想象嗎？除了手機和汽車，現在連安全帽、道路錐筒，甚至跑鞋都需要定位。随着移動物聯網的快速發展，國民經濟各個領域都對更高精度的定位能力産生迫切需求。同時，市場也要求這類服務變得更低成本、更加可靠。
近日，一篇題為《An equivalent transition SSR2OSR method between PPP-AR and RTK using RTCM-SSR》的論文，獲得第十屆衛星導航年會青年論文一等獎。這篇論文探讨的正是在大衆市場對高精度定位應用需求不斷增強的前提下，低成本的精準定位技術如何發展變化。以下為根據論文内容編譯的中文梗概版：
大衆需求驅動低成本技術不斷革新
▴低成本裝置高精度定位應用背景
伴随着全球導航衛星系統（GNSS）的發展，其應用範圍逐漸擴大，幾乎涉及了國民經濟的所有領域，包括與普通消費者相關的大衆市場。不同于傳統的測量測繪等行業市場應用，大衆市場的應用往往伴随着更複雜的觀測環境，如多路徑幹擾，頻繁周跳等，其GNSS資料處理政策一定程度上也決定了位置、速度、時間以及大氣延遲等資訊的擷取頻率和精度。随着大衆市場對高精度定位需求的增長，迫切要求低成本精密定位技術進行技術革新。現階段，單獨依賴GNSS裝置本身的定位性能并不能滿足厘米級高精度定位和完好性的需求，需要各類增強系統（服務）提升其性能。
增強系統的類型有很多，例如差分系統、局域增強系統、地基增強系統、廣域增強系統、星基增強系統、傳感器增強系統等。從技術角度，增強服務可以分為兩大類即觀測域（OSR）增強服務和狀态空間域（SSR）增強服務，其中，差分系統、局域增強系統和地基增強系統屬于觀測域增強服務，廣域增強系統和星基增強系統屬于狀态空間域增強服務，而傳感器增強實質上是一種間接的OSR增強服務。
在增強系統的建設方面，國際上的主要地基增強系統包括以國際導航衛星服務組織營運的全球IGS站點網為代表的全球地基增強系統和以歐洲永久性連續運作網（EPN）為代表的洲際地基增強系統。其中，IGS全稱為International GNSS Service，自1994年成立以來一直為各個行業提供公開的、高品質的GNSS資料産品，目前，IGS全球共有超過400個以上的永久連續運作GNSS基準站點，可實時采集包括GPS、GLONASS、Galileo、北鬥、QZSS和SBAS信号。除IGS等國際組織以外，美國、日本、德國、英國、加拿大、澳洲等國也建立了各自的國家級地基增強系統，為空間大氣環境監測、高精度定位、導航、地球架構維護等研究提供資料支援。在我國，千尋位置自2015年8月成立以來，建設完成了由遍布全國的超過2200個地基增強站組成的“全國一張網”，在全國大部分地區，為各類終端提供7×24小時高精度定位服務。
目前GNSS增強技術有哪些瓶頸？
目前，針對GNSS增強技術而言，網絡 RTK（Network Real-time Kinematic） 技術和PPP（Precise Point Positioning）技術最具有代表性。
網絡RTK技術在服務端利用載波差分技術原理，通過在區域内布設一定範圍的基準站，利用基準站實時資料網絡求解基線模糊度，建立區域大氣誤差模型，基于使用者位置向使用者實時播發虛拟站的修正觀測資訊OSR（Observation Space Representation），為覆寫範圍區域内的所有使用者提供穩定等精度的OSR增強服務。對于終端使用者，利用短基線RTK技術，消除如衛星軌道誤差、衛星鐘誤差、電離層延遲、對流層延遲等誤差項，實作載波模糊度的快速整數固定，實作厘米級高精度定位。網絡RTK技術大部分基于雙差觀測模型，随着基線長度的增長，模糊度的固定成功率受大氣誤差影響明顯而逐漸降低，且需要建立使用者和資料中心的通訊鍊路，當使用者存在較大的距離變化時，存在播發主站切換的情況，造成模糊度結果出現變化。
▴NRTK定位技術
PPP技術1997年由J. F. Zumberge等人首次提出，使用單站觀測值即可實作毫米級高精度定位，Gerhard Wabbena提出了SSR模型處理方法。PPP技術在服務端主要利用全球或區域基準站點，對衛星軌道、鐘差、載波僞距偏差産品進行實時估計，并利用區域站點生成區域大氣增強資訊，通過網際網路鍊路或衛星鍊路播發給終端使用者。對于終端使用者，接收實時高精度衛星精密産品、實作軌道、鐘差、載波僞距偏差等參數的高精度修正，單站實作高精度定位。總的來說，PPP技術的發展主要可歸納為三個方向：
1）多頻多星座的發展，從單一的GPS雙頻到多頻多系統，從無電離層組合模型到非差非組合模型的逐漸演進過程，同時伴随着包括如頻間偏差估計，多星座系統間偏差的處理等關鍵技術細節的處理，發掘觀測誤差本身的溯源，終端利用多星座多頻段資料提供更多備援觀測值，以期解決如多路徑效應，收斂時間等問題；
2）非差整數模糊度固定技術的發展，用于提高PPP的定位精度和收斂時間穩定性方面，相關代表性學者論文包括UPD估計和PPP-AR方法、去耦合鐘方法、整數相位種等，旨在恢複非差模糊度的整數特性本質，通過在服務端分離/融合模糊度小數部分，實作終端的非差模糊度達到雙差模糊度固定的效果；
3）大氣産品的生成和使用，用于減少初始PPP收斂時間及避免PPP中斷重收斂，服務端利用區域站點實時生成大氣增強産品，利用先驗大氣增加觀測方程數量，減少PPP模型本身的病态特征。目前階段，PPP技術由于其觀測模型秩虧問題，仍然需要長時間的收斂時間，且要求使用者需采用與服務端相一緻的誤差模型，計算較為複雜，在低成本裝置的定位應用上，受限于低成本裝置的觀測資料品質，頻繁的周跳及更為嚴重的多路徑幹擾使得低成本定位的連續性和可靠性仍存在一定的瓶頸。
▴PPP定位技術
千尋位置的探索：星地融合增強算法
2018年5月16日，千尋位置正式釋出了天音計劃——“星地一體高精度時空服務”。利用國家北鬥地基增強系統“全國一張網”及千尋位置的海外地基增強站點，實作基于地球同步軌道衛星和網際網路的雙路GNSS的SSR改正參數播發，為使用者提供高精度、高可靠、實時無縫的高精度時空服務，用于滿足智能物聯網時代對于無縫、連續、安全可靠的精準定位和複雜時間協同的需求，以發揮GNSS定位增強在自動駕駛、無人機等涉及使用者人身和生産安全的應用場景中的重要價值，賦能全球智能物聯網應用産業生态。
星地融合增強算法采用NRTK和PPP技術融合處理方法，利用星基SSR資訊，可實作在終端或服務端等價變換為正常RTK使用者可使用的OSR觀測資訊，終端使用者采用正常RTK模式即可實作高精度定位，避免終端和服務端非差誤差模型不統一造成的計算誤差，減低終端計算量負荷；與此同時，由于轉換得到的OSR觀測值具有統一的模糊度基準，是以，在主站切換及衛星失鎖等條件下無周跳産生，并在無網絡場景下，支援RTK模式平滑切換到PPP模式，滿足一些特殊場景的連續性定位要求。
▴星地融合定位技術發展
基于星地融合技術，高精定位效果更佳
實驗測試采用一組基于高速開闊環境的低成本GNSS資料車載動态實測資料，全程約50km，并利用RTK+INS作為定位結果基準真值，驗證采用基于千尋位置SSR星基增強資訊的星地融合算法的定位固定效果和精度差異。其中綠色為車載運動軌迹，藍色為周邊千尋位置基準站點位置，紅色為對應時段生成的虛拟觀測站位置。
▴車載運動軌迹
路測資料利用千尋位置SSR星基增強資訊共生成4個網格點位置OSR0~0SR3資料，終端算法采用千尋位置自研車載終端RTK定位算法，全程采用單GPS系統定位，以後處理PPK+INS結果作為坐标真值基準。
▴全程車載定位精度結果：紅色為三維定位誤差，綠色為平面誤差定位結果。
上圖顯示的資料結果中，基于千尋位置SSR星基增強資訊可實作傳統RTK終端的實時高精度定位，開闊環境可保證平面精度優于5cm，全程精度統計結果見下圖。
▴星地融合算法在車載RTK終端的精度和固定率統計
圖檔中的資料結果驗證了采用SSR資訊及星地融合算法可得到車載全程資料固定率優于99%，CEP99三維誤差優于0.11米，且模糊度基準統一，在主站切換的跨網時刻模糊度無需進行重新估計解算。
▴車載RTK算法終端模糊度結果：跨網OSR0到OSR1時刻模糊度不變
結 論
千尋位置利用遍布全國的北鬥地基增強站的國家北鬥地基增強系統和全球海外地基增強站點，現階段已實作了基于NRTK技術的實時高密度大區域網格的參考服務（Realtime Ultra-Dense Mega Spatial Grid Reference services，RUMSGR）以及基于PPP技術的SSR改正參數穩定播發，為低成本裝置的高精度定位應用提供平台應用基礎。
基于星地融合方法的技術創新為高精度定位提供了新的技術理論參考，實作将使用者端的PPP解算模式轉換成等效的RTK解算模式，達到等同于網絡RTK的定位效果，以滿足大衆市場對終端裝置的低成本，高可靠性，快速收斂等複雜場景的定位需要。