引言：你能想象吗？除了手机和汽车，现在连安全帽、道路锥筒，甚至跑鞋都需要定位。随着移动物联网的快速发展，国民经济各个领域都对更高精度的定位能力产生迫切需求。同时，市场也要求这类服务变得更低成本、更加可靠。
近日，一篇题为《An equivalent transition SSR2OSR method between PPP-AR and RTK using RTCM-SSR》的论文，获得第十届卫星导航年会青年论文一等奖。这篇论文探讨的正是在大众市场对高精度定位应用需求不断增强的前提下，低成本的精准定位技术如何发展变化。以下为根据论文内容编译的中文梗概版：
大众需求驱动低成本技术不断革新
▴低成本设备高精度定位应用背景
伴随着全球导航卫星系统（GNSS）的发展，其应用范围逐渐扩大，几乎涉及了国民经济的所有领域，包括与普通消费者相关的大众市场。不同于传统的测量测绘等行业市场应用，大众市场的应用往往伴随着更复杂的观测环境，如多路径干扰，频繁周跳等，其GNSS数据处理策略一定程度上也决定了位置、速度、时间以及大气延迟等信息的获取频率和精度。随着大众市场对高精度定位需求的增长，迫切要求低成本精密定位技术进行技术革新。现阶段，单独依赖GNSS设备本身的定位性能并不能满足厘米级高精度定位和完好性的需求，需要各类增强系统（服务）提升其性能。
增强系统的类型有很多，例如差分系统、局域增强系统、地基增强系统、广域增强系统、星基增强系统、传感器增强系统等。从技术角度，增强服务可以分为两大类即观测域（OSR）增强服务和状态空间域（SSR）增强服务，其中，差分系统、局域增强系统和地基增强系统属于观测域增强服务，广域增强系统和星基增强系统属于状态空间域增强服务，而传感器增强实质上是一种间接的OSR增强服务。
在增强系统的建设方面，国际上的主要地基增强系统包括以国际导航卫星服务组织运营的全球IGS站点网为代表的全球地基增强系统和以欧洲永久性连续运行网（EPN）为代表的洲际地基增强系统。其中，IGS全称为International GNSS Service，自1994年成立以来一直为各个行业提供公开的、高质量的GNSS数据产品，目前，IGS全球共有超过400个以上的永久连续运行GNSS基准站点，可实时采集包括GPS、GLONASS、Galileo、北斗、QZSS和SBAS信号。除IGS等国际组织以外，美国、日本、德国、英国、加拿大、澳大利亚等国也建立了各自的国家级地基增强系统，为空间大气环境监测、高精度定位、导航、地球框架维护等研究提供数据支持。在我国，千寻位置自2015年8月成立以来，建设完成了由遍布全国的超过2200个地基增强站组成的“全国一张网”，在全国大部分地区，为各类终端提供7×24小时高精度定位服务。
目前GNSS增强技术有哪些瓶颈？
当前，针对GNSS增强技术而言，网络 RTK（Network Real-time Kinematic） 技术和PPP（Precise Point Positioning）技术最具有代表性。
网络RTK技术在服务端利用载波差分技术原理，通过在区域内布设一定范围的基准站，利用基准站实时数据网络求解基线模糊度，建立区域大气误差模型，基于用户位置向用户实时播发虚拟站的修正观测信息OSR（Observation Space Representation），为覆盖范围区域内的所有用户提供稳定等精度的OSR增强服务。对于终端用户，利用短基线RTK技术，消除如卫星轨道误差、卫星钟误差、电离层延迟、对流层延迟等误差项，实现载波模糊度的快速整数固定，实现厘米级高精度定位。网络RTK技术大部分基于双差观测模型，随着基线长度的增长，模糊度的固定成功率受大气误差影响明显而逐渐降低，且需要建立用户和数据中心的通讯链路，当用户存在较大的距离变化时，存在播发主站切换的情况，造成模糊度结果出现变化。
▴NRTK定位技术
PPP技术1997年由J. F. Zumberge等人首次提出，使用单站观测值即可实现毫米级高精度定位，Gerhard Wabbena提出了SSR模型处理方法。PPP技术在服务端主要利用全球或区域基准站点，对卫星轨道、钟差、载波伪距偏差产品进行实时估计，并利用区域站点生成区域大气增强信息，通过互联网链路或卫星链路播发给终端用户。对于终端用户，接收实时高精度卫星精密产品、实现轨道、钟差、载波伪距偏差等参数的高精度修正，单站实现高精度定位。总的来说，PPP技术的发展主要可归纳为三个方向：
1）多频多星座的发展，从单一的GPS双频到多频多系统，从无电离层组合模型到非差非组合模型的逐渐演进过程，同时伴随着包括如频间偏差估计，多星座系统间偏差的处理等关键技术细节的处理，发掘观测误差本身的溯源，终端利用多星座多频段数据提供更多冗余观测值，以期解决如多路径效应，收敛时间等问题；
2）非差整数模糊度固定技术的发展，用于提高PPP的定位精度和收敛时间稳定性方面，相关代表性学者论文包括UPD估计和PPP-AR方法、去耦合钟方法、整数相位种等，旨在恢复非差模糊度的整数特性本质，通过在服务端分离/融合模糊度小数部分，实现终端的非差模糊度达到双差模糊度固定的效果；
3）大气产品的生成和使用，用于减少初始PPP收敛时间及避免PPP中断重收敛，服务端利用区域站点实时生成大气增强产品，利用先验大气增加观测方程数量，减少PPP模型本身的病态特征。当前阶段，PPP技术由于其观测模型秩亏问题，仍然需要长时间的收敛时间，且要求用户需采用与服务端相一致的误差模型，计算较为复杂，在低成本设备的定位应用上，受限于低成本设备的观测数据质量，频繁的周跳及更为严重的多路径干扰使得低成本定位的连续性和可靠性仍存在一定的瓶颈。
▴PPP定位技术
千寻位置的探索：星地融合增强算法
2018年5月16日，千寻位置正式发布了天音计划——“星地一体高精度时空服务”。利用国家北斗地基增强系统“全国一张网”及千寻位置的海外地基增强站点，实现基于地球同步轨道卫星和互联网的双路GNSS的SSR改正参数播发，为用户提供高精度、高可靠、实时无缝的高精度时空服务，用于满足智能物联网时代对于无缝、连续、安全可靠的精准定位和复杂时间协同的需求，以发挥GNSS定位增强在自动驾驶、无人机等涉及用户人身和生产安全的应用场景中的重要价值，赋能全球智能物联网应用产业生态。
星地融合增强算法采用NRTK和PPP技术融合处理方法，利用星基SSR信息，可实现在终端或服务端等价变换为常规RTK用户可使用的OSR观测信息，终端用户采用常规RTK模式即可实现高精度定位，避免终端和服务端非差误差模型不统一造成的计算误差，减低终端计算量负荷；与此同时，由于转换得到的OSR观测值具有统一的模糊度基准，因此，在主站切换及卫星失锁等条件下无周跳产生，并在无网络场景下，支持RTK模式平滑切换到PPP模式，满足一些特殊场景的连续性定位要求。
▴星地融合定位技术发展
基于星地融合技术，高精定位效果更佳
实验测试采用一组基于高速开阔环境的低成本GNSS数据车载动态实测数据，全程约50km，并利用RTK+INS作为定位结果基准真值，验证采用基于千寻位置SSR星基增强信息的星地融合算法的定位固定效果和精度差异。其中绿色为车载运动轨迹，蓝色为周边千寻位置基准站点位置，红色为对应时段生成的虚拟观测站位置。
▴车载运动轨迹
路测数据利用千寻位置SSR星基增强信息共生成4个网格点位置OSR0~0SR3数据，终端算法采用千寻位置自研车载终端RTK定位算法，全程采用单GPS系统定位，以后处理PPK+INS结果作为坐标真值基准。
▴全程车载定位精度结果：红色为三维定位误差，绿色为平面误差定位结果。
上图显示的数据结果中，基于千寻位置SSR星基增强信息可实现传统RTK终端的实时高精度定位，开阔环境可保证平面精度优于5cm，全程精度统计结果见下图。
▴星地融合算法在车载RTK终端的精度和固定率统计
图片中的数据结果验证了采用SSR信息及星地融合算法可得到车载全程数据固定率优于99%，CEP99三维误差优于0.11米，且模糊度基准统一，在主站切换的跨网时刻模糊度无需进行重新估计解算。
▴车载RTK算法终端模糊度结果：跨网OSR0到OSR1时刻模糊度不变
结 论
千寻位置利用遍布全国的北斗地基增强站的国家北斗地基增强系统和全球海外地基增强站点，现阶段已实现了基于NRTK技术的实时高密度大区域网格的参考服务（Realtime Ultra-Dense Mega Spatial Grid Reference services，RUMSGR）以及基于PPP技术的SSR改正参数稳定播发，为低成本设备的高精度定位应用提供平台应用基础。
基于星地融合方法的技术创新为高精度定位提供了新的技术理论参考，实现将用户端的PPP解算模式转换成等效的RTK解算模式，达到等同于网络RTK的定位效果，以满足大众市场对终端设备的低成本，高可靠性，快速收敛等复杂场景的定位需要。
