司南導(dǎo)航www.sinognss.com：PPP-B2b是北斗系統(tǒng)首次對外發(fā)布的高精度信號，由北斗三顆地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星播發(fā)，為用戶提供公開、免費(fèi)的高精度服務(wù)。司南導(dǎo)航率先開展PPP-B2b信號研究，并將PPP-B2b技術(shù)和實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位（PPP）算法應(yīng)用于高精度產(chǎn)品，在不依賴于通信網(wǎng)絡(luò)的情況下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高精度定位，對北斗在科研、國土測繪、海洋開發(fā)等領(lǐng)域的高精度應(yīng)用具有重要意義。

PPP-B2b技術(shù)是什么？

      北斗三號（BDS-3）是北斗系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的第三個(gè)階段，星座設(shè)計(jì)由30顆衛(wèi)星組成，包括3顆地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星、3顆傾斜地球同步軌道（IGSO）衛(wèi)星和24顆中圓地球軌道（MEO）衛(wèi)星。北斗三號系統(tǒng)可以為全球用戶提供定位導(dǎo)航授時(shí)、全球短報(bào)文通信和國際搜救服務(wù)；同時(shí)，還能為中國及周邊地區(qū)用戶提供星基增強(qiáng)、地基增強(qiáng)、精密單點(diǎn)定位和區(qū)域短報(bào)文通信等四種區(qū)域服務(wù)。

      BDS-3 PPP服務(wù)使用PPP-B2b信號作為數(shù)據(jù)廣播信道，由北斗三號的三顆GEO衛(wèi)星在我國及周邊地區(qū)播發(fā)北斗三號系統(tǒng)和其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的軌道和鐘差等改正信息，可以為用戶提供公開、免費(fèi)的高精度服務(wù)。

      PPP-B2b服務(wù)系統(tǒng)示意如圖1所示。地面監(jiān)測站對GNSS的所有可見衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，生成偽距和載波觀測信息，并收集氣象數(shù)據(jù)，預(yù)處理后將原始數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給地面主控站；地面主控站對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證和評估，解算衛(wèi)星軌道和時(shí)鐘校正，根據(jù)協(xié)議生成改正數(shù)和其他相關(guān)參數(shù)的增強(qiáng)信息，由上行鏈路站傳輸給GEO衛(wèi)星，GEO衛(wèi)星再通過PPP-B2b信號進(jìn)行廣播；用戶接收改正信息后即可進(jìn)行實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位。

PPP-B2b當(dāng)中有什么？

      PPP-B2b信號電文數(shù)據(jù)的基本幀結(jié)構(gòu)如圖2所示，每個(gè)電文數(shù)據(jù)幀由486個(gè)比特構(gòu)成。其中，最高6比特表示信息類型，最低24比特為循環(huán)冗余校驗(yàn)位（CRC），中間的456比特是數(shù)據(jù)域，當(dāng)中的具體內(nèi)容由它對應(yīng)的信息類型決定，每種類型的電文數(shù)據(jù)也定義了各自的編排標(biāo)準(zhǔn)，方便解碼和使用。

圖2 PPP-B2b信號電文數(shù)據(jù)的基本幀結(jié)構(gòu)

      電文數(shù)據(jù)幀經(jīng)過64進(jìn)制LDPC信道編碼后為972個(gè)符號，與長度為16個(gè)符號的同步頭、6個(gè)符號的本星PRN號、6個(gè)符號的預(yù)留標(biāo)識位共同構(gòu)成1000個(gè)符號的電文幀。

表1 PPP-B2b信息類型定義

      已有定義的信息類型如表1所示，但目前實(shí)際播發(fā)的只有前四種，并且只針對BDS-3和GPS衛(wèi)星。為了保證不同信息類型所播發(fā)信息內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性，以及改正數(shù)信息與廣播星歷之間的關(guān)聯(lián)性，通過IOD SSR、IOD P、IOD N和IOD Corr四個(gè)版本號對信息進(jìn)行了標(biāo)識，方便匹配使用。

PPP-B2b信號怎么用？

      司南EVK-K8評估套件支持以載波頻率1207.14MHz為中心的20.46MHz帶寬內(nèi)的PPP-B2b信號。在此基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行了PPP-B2b技術(shù)研發(fā)工作，利用PPP-B2b服務(wù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位。

      理論方法

      精密單點(diǎn)定位 精密單點(diǎn)定位PPP技術(shù)，是指利用精密衛(wèi)星軌道和鐘差等產(chǎn)品，對各種誤差項(xiàng)進(jìn)行改正后，通過單臺接收機(jī)的非差觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行單點(diǎn)定位，獲取高精度的定位結(jié)果。在PPP中，需要對GNSS導(dǎo)航定位過程中各種誤差項(xiàng)進(jìn)行精密處理，表2歸納了GNSS測量中的主要誤差源及對應(yīng)采取的處理策略。

表2 GNSS測量主要誤差源

      精密單點(diǎn)定位中，主要采用偽距和載波相位兩種觀測量，根據(jù)GNSS導(dǎo)航定位的幾何原理和各類觀測誤差源，其觀測方程可以表示為：

      式中，各參數(shù)含義如下：

      算法實(shí)現(xiàn)

      基于PPP-B2b服務(wù)的實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位算法流程如圖3所示，大致分五步實(shí)現(xiàn)：

圖3 基于PPP-B2b服務(wù)的實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位算法流程

      數(shù)據(jù)輸入：除了最基本的觀測數(shù)據(jù)和廣播星歷信息之外，還需要接收衛(wèi)星播發(fā)的PPP-B2b電文；

      數(shù)據(jù)預(yù)處理：將PPP-B2b電文進(jìn)行解碼得到具體的改正信息；還需要進(jìn)行版本號匹配，包括基本導(dǎo)航數(shù)據(jù)和改正數(shù)的匹配，以及不同類型改正數(shù)之間的匹配，來確保改正數(shù)能夠進(jìn)行精準(zhǔn)有效的誤差修正；

      數(shù)據(jù)處理：就是對導(dǎo)航數(shù)據(jù)中各種各樣的誤差進(jìn)行處理。目前PPP-B2b提供的改正數(shù)可以對衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差進(jìn)行校正，在PPP中電離層誤差一般是通過消電離層組合進(jìn)行抵消，其他的一些誤差可以采用一些標(biāo)準(zhǔn)的模型進(jìn)行修正。經(jīng)過這些就可以計(jì)算得到相對精密的衛(wèi)星位置以及誤差校正后的偽距和載波相位觀測值，同時(shí)還需要進(jìn)行一些粗差剔除和周跳探測的工作；

      參數(shù)估計(jì)：使用擴(kuò)展卡爾曼濾波，未知參數(shù)包括站點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，以及上一步中無法進(jìn)行校正的誤差項(xiàng)，有對流層延遲濕分量、接收機(jī)鐘差，和載波相位觀測量中的整周模糊度；

      結(jié)果輸出：除了最基本的站點(diǎn)坐標(biāo)，對定位精度、DOP值，殘差等輔助信息也可以進(jìn)行計(jì)算輸出。

      將上述算法用EVK-K803套件進(jìn)行了實(shí)測，圖4和表3展示了一組10h長數(shù)據(jù)采用動(dòng)態(tài)解算模式時(shí)定位結(jié)果。可以看到，約13分鐘后收斂完成，收斂后的平面精度是6cm，垂向精度8cm，滿足高精度定位要求。

表3 定位結(jié)果統(tǒng)計(jì)

      基于PPP-B2b服務(wù)的實(shí)時(shí)精密單點(diǎn)定位技術(shù)的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在三個(gè)方面：

      首先，和傳統(tǒng)的商業(yè)PPP相比它是公開、免費(fèi)的;

      其次，它可以達(dá)到廣域分米級的定位精度，也就是說在服務(wù)范圍內(nèi)的任何一個(gè)點(diǎn)都可以提供高精度服務(wù)，不會受到基站距離、差分?jǐn)?shù)據(jù)完整性和質(zhì)量等因素的限制，從而可以替代部分RTK作業(yè)；

      技術(shù)實(shí)現(xiàn)全程由我們國家的北斗系統(tǒng)提供服務(wù)支持，完全自主可控。同時(shí)，在算法實(shí)現(xiàn)中它只需要接收北斗衛(wèi)星播發(fā)的電文數(shù)據(jù)，不需要依賴網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)接收其他外部信息，使得整個(gè)定位過程更加穩(wěn)定可靠。

      從具體的應(yīng)用場景來看，基于PPP-B2b服務(wù)的精密單點(diǎn)定位技術(shù)可以在一些RTK服務(wù)無法覆蓋或覆蓋不穩(wěn)定的環(huán)境和場景中替代用戶提供高精度服務(wù)，解決戈壁、礦山、海上等區(qū)域CORS服務(wù)無法覆蓋且基站架設(shè)困難等問題。

      目前，司南導(dǎo)航K803、K803S高精度定位模塊、K803_EVK評估套件已經(jīng)支持上述高精度服務(wù)，后續(xù)也將陸續(xù)在K802、K823等高精度模塊上實(shí)現(xiàn)，用戶在集成這些模塊后，可輕松獲得和使用PPP-B2b功能。

      司南導(dǎo)航官網(wǎng)www.sinognss.com

      參考文獻(xiàn)

      [1] 中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)管理辦公室. 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間信號接口控制文件公開服務(wù)信號B2b(1.0版)[DB/OL]. 2019.