在我們瞭解一個新的技術領域的時候，最令人頭疼的往往是其技術名詞縮寫的含義與各自關係，這常常會讓新手或業外人士丈二摸不着頭腦。今天小新就給大家講講衛星導航技術領域的三部曲：RTK，PPP，LEO。
GPS是全球發展最早的全球導航衛星系統(GNSS)，上世紀七十年代開始研製，直至1993年投入運營。GPS建成之初，其精度可達15-40m。出於軍事安全方面的考慮，九十年代初美國政府在GPS衛星實施差別化SA （Selective Availability）政策，在GPS衛星廣播星曆的軌道參數中加入200m左右的誤差，並人爲地在衛星鐘加入了僞隨機抖動，使得民用GPS精度降至100-200m左右。爲消除SA政策的影響，網絡實時動態定位技術（RTK, Real-Time Kinematic）應運而生；此後，精密單點定位技術（PPP, Precise Point Positioning）的推出又是GNSS技術應用中的一個重要里程碑。
第一樂章 RTK
近年來隨着智能化趨勢的加速推進，人們對高精度定位的需求與日俱增。目前，實時動態定位技術（RTK）仍是提供釐米級高精度定位的主要方法。
RTK技術的基本工作原理爲，GPS定位的觀測誤差（衛星星曆誤差、衛星鐘差、大氣延遲等誤差）具有較強的空間相關性，因此GPS觀測誤差對相距不遠的兩個測站的影響大致相同。若其中一個測站已知精確座標（基準站），則可求得GPS觀測誤差對測站座標的影響，通過數據鏈路將求得的誤差改正數發送給用戶終端接收器，用戶終端利用基準站播發的誤差改正數對定位結果進行修正，就能夠消除大部分相同的觀測誤差，從而提高其定位精度。
爲獲取載體姿態信息以及實現連續高精度定位，通常又會將GNSS與慣性測量單元(IMU)進行組合構成GNSS/IMU組合導航系統。
第二樂章 PPP
精密單點定位（PPP）技術的出現，使得不依靠基準站而僅使用單臺GNSS接收機就能實現高精度定位成爲可能。PPP技術是一種基於狀態空間域改正信息的高精度定位模式，從技術發展形式來看，它融合了標準單點定位技術和廣域差分技術，在建立少數連續運行參考站的情況下，就可以在全球參考框架下達到釐米級的定位精度。
圖3 全球PPP參考站分佈圖
PPP利用全球參考站的GPS觀測數據計算出的精密衛星軌道和衛星鐘差，對單臺GPS接收機所採集的相位和觀測值進行定位解算，實現爲全球任意位置的用戶提供可靠的分米級甚至釐米級定位精度服務。由於廣域差分GPS修正系統通過地球同步通信衛星作爲通信鏈路，所以用戶無需搭建本地參考站或進行數據後處理，就可直接獲得較高的精度。
圖4 PPP工作原理
與RTK技術相比，PPP只需要單臺接收機、無需架設地面基準站、作業距離不受限制和成本低等優勢，因此在區域座標框架維持和精化、精密授時、地震監測、和電離層監測等方面具有較好的應用前景，並已逐漸成爲衛星導航領域的熱點研究方向之一。
但由於PPP存在收斂速度慢及在運動或複雜環境下信號易受遮擋和干擾的問題，導致其實時性、連續性和可靠性較差，這嚴重阻礙了其在動態場景中的應用。
第三樂章 LEO
爲了提高衛星導航定位的精度、可用性和完好性，多種衛星導航增強系統被推出。傳統的增強方式主要有信息增強和信號增強兩大類。但不管是其中任何一種，採用地基增強的系統覆蓋範圍有限，無法提供全球統一的高精度服務；而傳統的GNSS星基增強系統，除了日本的QZSS，均以地球同步軌道衛星作爲增強信息播發平臺。
近年來，低軌衛星（LEO, Low Earth Orbit）播發導航信號以增強GNSS導航的構想被提出。低軌全球導航增強系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。空間段由數十至上百顆搭載導航增強有效載荷的低軌衛星構成，主要任務是向各類用戶播發導航信息、高中低軌導航衛星增強信息等；地面段包括地面運控系統和地面監測站，共同完成在軌衛星的運行管理和控制；用戶端包括各類型用戶終端、模塊、芯片及配套設備。
圖5 低軌衛星導航增強
LEO導航增強採用低軌道，增強信息播發時延小、傳輸數據量大；增強信號功率高、抗干擾，能夠增強室內、城市峽谷等信號遮蔽區域的服務性能；增強信號也能顯著加快PPP收斂速度，爲聯合定軌和空間天氣監測等領域提供更多的有效數據源。在覆蓋性方面，雖然LEO單星覆蓋面小，但多顆衛星構成的星座，能夠提供包括兩極地區在內的全球性信號增強。LEO具有地面接收信號強、幾何圖形變化快的優勢，能夠與中高軌GNSS星座形成互補，有望實現對導航系統精度、完好性、連續性和可用性的全面增強。
展望
隨着5G技術的發展，空、天、地、海泛在移動通信網絡的建立，智能手機、車載導航等移動終端處理能力的提升，綜合LEO/RTK/PPP的天地一體化方案有望在不遠的將來實現商用化，從而解決當前高精度定位初始化時間長、可靠性偏低等方面的問題，GNSS三大技術最終有望走進千家萬戶，實現大衆應用。