door Markus Brandl, Xiaoming Chen, Herbert Landau, Carlos Rodriguez-Solano en Ulrich Weinbach
Dit artikel is een update van een juli 2012 functie in GPS World, “Real-Time Extended GNSS Positioning: A New Generation of Centimeter-Accurate Networks.”
De Trimble CenterPoint RTX-correctiedienst, die absolute positionering op centimeterniveau over de hele wereld mogelijk maakt zonder de noodzaak van RTK-referentiestation-infrastructuur, is nu beschikbaar voor veel gebruikers, waaronder integrators van professionele uiterst nauwkeurige apparatuur en consumentenproducten, zoals in de automobielsector. Toegang wordt verleend via een softwarebibliotheek die compatibel is met elk GNSS-apparaat. De correcties bevatten nu gedetailleerde integriteitsinformatie voor veiligheidskritieke toepassingen.
de RTX-infrastructuur bestaat uit ongeveer 120 wereldwijd verspreide RTX-referentiestations. Ontvangers op deze stations verzenden meetgegevens bij 1 Hz naar de RTX-servercentra, waar de correctiegegevens worden berekend. Voor redundantie worden meerdere servers in de Verenigde Staten en Europa gebruikt. Een failsafe-architectuur die elk storingspunt in de verwerkingsketen vermijdt, heeft een zeer hoge beschikbaarheid van correcties opgeleverd. Tegenwoordig ondersteunt het systeem GPS -, GLONASS -, Galileo -, BeiDou-en QZSS-satellieten. Het is een multi-frequentie systeem ondersteunt twee of meer frequenties voor elk satellietsysteem.
De correctiestream is beschikbaar voor gebruikers die gebruik maken van L-band signalen die worden uitgezonden via geostationaire satellieten en IP-verbindingen. De L-band verzonden RTX-datastroom maakt gebruik van een bandbreedte van 600-2400 baud, en een sterk gecomprimeerd dataformaat met een resolutie van 1 millimeter, met een gemiddelde latentie van 8 seconden in L-band-modus en 5 seconden in IP-modus. De datastroom wordt versleuteld via een Advanced Encryption Standard (AES) met een sleutellengte van 256 bits om een veilige overdracht te garanderen. De integriteit van de gegevensoverdracht is verzekerd met een 32-bit cyclische redundantiecontrole die aan elk bericht is gekoppeld. De RTX correctie stream geeft informatie over satelliet positie, satelliet klok, ionosferische en troposferische modellen, en code en fase vooroordelen.
De baanbepaling gebeurt in realtime met behulp van een gereduceerde dynamische benadering met dynamische modellen en gebruikmakend van de nauwkeurigheid van de fasemetingen na vaststelling van ambiguïteit. Op basis van de berekende banen, de satelliet klokken worden geschat op 1 Hz, waar integer ambiguïteit vaststelling wordt uitgevoerd voor de verschillende satellietsystemen.
vervolgens wordt een single-layer globaal ionosferisch model berekend en weergegeven door sferische harmonischen. Er zijn momenteel twee gebieden met een dichter netwerk dan het wereldwijde netwerk; deze bestrijken Europa en het vasteland van de VS met meer dan 1.000 basisstations. Met behulp van deze stations worden regionale ionosferische en troposferische modellen berekend, die vervolgens een snelle convergentie bieden (RTX-Fast service).
De satellietpositie – en klokinformatie heeft een centimeternauwkeurigheid en stelt de cliënt in staat om nauwkeurige puntpositionering (ppp) te berekenen met een resolutie van carrier-phase ambiguïteit. Tabel 1 toont de nauwkeurigheid van de dienstverlening.
Tabel 1. Nauwkeurigheid van de RTX correcties van meer dan drie jaar (juni 2015–juli 2018) van residuals berekening in het Europese RTX-Fast netwerk. (Tabelgegevens: auteurs)
zodra de ambiguïteiten zijn opgelost, is de positieoplossing tot op enkele centimeters nauwkeurig. De wereldwijde RTX-standaard service biedt convergentietijden van 7 minuten tot 20 centimeter (cm) horizontale fout (95%) en tot 2,5 cm (95%) in 13 minuten zoals weergegeven in Figuur 2. De regionale RTX-Fast service (VS, Europa) biedt convergentietijden van minder dan een minuut met centimeternauwkeurigheid. De warmstart convergence tijd is ongeveer 13 seconden.
Figuur 2. Wereldwijde convergentie van RTX van de 52 wereldwijd verspreide stations die een maand aan gegevens bestrijken. (Afbeelding: Trimble)
de gespecificeerde nauwkeurigheid is haalbaar met nauwkeurige GNSS-positioneringshardware van Trimble. Voor integratie in niet-Trimble-apparaten wordt een RTX-softwarebibliotheek aangeboden, die de gebruiker realtime toegang geeft tot de individuele gegevens in de RTX-correctiestream. Voor het gebruik van deze bibliotheek in veiligheidskritische systemen zoals advanced driving-assisted systems (ADAS) of semi-geautomatiseerd rijden, werd deze bibliotheek gecertificeerd volgens de ASIL-b ISO 26262-norm en de automotive ASPICE-norm. Deze bibliotheek is beschikbaar voor eenvoudige integratie in toepassingen van derden.
naast de real-time RTX-oplossing is een webgebaseerde post-processing-oplossing gratis beschikbaar voor publiek gebruik. Het is mogelijk om statische Trimble-of RINEX-bestanden naar de server te uploaden, de meetgegevens na te verwerken en een precieze positie in verschillende coördinatenframes op te halen.
De integriteit van de Dienst wordt continu gemonitord op onafhankelijke stations van de RTX-tracking-netwerken in Europa en de VS. De integriteit van de service wordt geleverd op het domein correctiegegevens. Het integriteitsmonitoringgedeelte van het RTX-systeem minimaliseert het risico als gevolg van gebeurtenissen zoals ongeplande satellietmanoeuvres of verkeerde uitzendende ephemeris; satelliet-signaal-of klokafwijkingen; ionosferische stormen; of problemen bij het verzenden van de RTX correctie stream.
de meetstations berekenen faseobservatiereststoffen (met dubbelzinnigheid-vaststelling) aan de hand van de stationsmetingen en de ontvangen RTX-correcties. Deze reststoffen geven de werkelijke fouten van de correcties weer zoals die door de controlestations aan de zichtlijn worden waargenomen (Tabel 1). De drempels waarbij correcties als fout worden beschouwd zijn de volgende: 0,5 m + QI (kwaliteitsindicator) voor orbit + clock correcties en regionale troposferische modellen, en 1,0 m + QI voor regionale ionosferische modellen.
De integriteitsmonitoring bestaat uit twee stappen (figuur 1): een pre-broadcast check, waar mogelijk foutieve correcties worden gedetecteerd en uitgefilterd voordat de computerserver wordt verlaten, en een post-broadcast check, waar extra fouten in het transmissiekanaal worden gedetecteerd en alarmen worden afgegeven aan de gebruikers.
figuur 1. Genereren en verzenden van wereldwijde en regionale RTX – correcties, met inbegrip van integriteitsmonitoring voor en na uitzending. (Afbeelding: Trimble)
Integriteitvlaggen en alarmen worden door de RTX-clientbibliotheek voortdurend in de correctiestream en-uitvoer geplaatst. De integriteitsinformatie brengt cliënten op de hoogte van de aanwezigheid van integriteitsmonitoring en geeft tijdige waarschuwingen in geval van gedetecteerde schendingen van de integriteit van gegevens. De time-to-alert limiet doelen zijn 17 seconden voor L-band transmissie en 13 seconden voor IP-transmissie voor de RTX-service.
de RTX-correcties omvatten kwaliteitsindicatoren. In het bijzonder, de kwaliteit indicator voor de satelliet klok bevat een “DoNotUse” vlag om potentiële problemen met de gegeven satelliet aan te geven. Deze vlag voorkomt het gebruik van de satelliet voor positionering bij ontvangst door de gebruiker. De kwaliteitsindicatoren van de correcties zijn inderdaad een eerste integriteitslaag. In 2017 werd de pre-broadcast integrity monitoring toegevoegd als tweede laag. In 2019, met de toevoeging van de post-broadcast integriteitsmonitoring, werd een derde integriteitslaag toegevoegd aan de RTX-correctiedatastroom.
het RTX-systeem biedt toegang tot correcties op centimeterniveau, waardoor centimeterpositionering op globale basis mogelijk is. RTX-Fast diensten zijn beschikbaar in Europa en de VS met pre – en post-broadcast integriteitsmonitoring momenteel wordt geïmplementeerd.
De auteurs zijn ingenieurs van Trimble Terrasat GmbH, Duitsland.
