av Markus Brandl, Xiaoming Chen, Herbert Landau, Carlos Rodriguez-Solano och Ulrich Weinbach

den här artikeln uppdaterar en juli 2012-funktion i GPS World, ”utökad GNSS-positionering i realtid: en ny Generation Centimeter-exakta nätverk.”

Trimble CenterPoint RTX-korrigeringstjänsten, som möjliggör absolut positionering på centimeternivå runt om i världen utan behov av RTK-referensstationsinfrastruktur, är nu tillgänglig för många användare, inklusive integratörer av professionell hög precisionsutrustning och konsumentprodukter som inom fordonssektorn. Åtkomst tillhandahålls via ett programvarubibliotek som är kompatibelt med alla GNSS-enheter. Korrigeringarna innehåller nu detaljerad integritetsinformation för säkerhetskritiska applikationer.

RTX-infrastrukturen består av cirka 120 globalt distribuerade RTX-referensstationer. Mottagare vid dessa stationer överför mätdata vid 1 Hz till RTX-servercentren, där korrigeringsdata beräknas. För redundansändamål drivs flera servrar i USA och Europa. En felsäker arkitektur som undviker någon enskild felpunkt i bearbetningskedjan har gett en mycket hög tillgänglighet av korrigeringar. Idag stöder systemet GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou och QZSS satelliter. Det är ett multifrekvenssystem som stöder två eller flera frekvenser för varje satellitsystem.

korrigeringsströmmen är tillgänglig för användare som använder L-bandsignaler som sänds via geostationära satelliter och IP-anslutningar. Den l-bandöverförda RTX-dataströmmen använder en bandbredd på 600-2400 baud och ett mycket komprimerat dataformat med en upplösning på 1 millimeter, med en genomsnittlig latens på 8 sekunder i L-bandläge och 5 sekunder i IP-läge. Dataströmmen krypteras via en Advanced Encryption Standard (AES) med en nyckellängd på 256 bitar för att garantera säker överföring. Dataöverföringsintegritet säkerställs med en 32-bitars cyklisk redundanskontroll kopplad till varje meddelande. RTX-korrigeringsströmmen ger information om satellitposition, satellitklocka, jonosfäriska och troposfäriska modeller och kod-och fasförspänningar.

omloppsbestämningen görs i realtid med hjälp av ett reducerat dynamiskt tillvägagångssätt med dynamiska modeller och utnyttjar noggrannheten i fasmätningarna efter tvetydighetsfixering. Baserat på de beräknade banorna uppskattas satellitklockorna till 1 Hz, där heltal tvetydighetsfixering utförs för de olika satellitsystemen.

därefter beräknas en enda lager global jonosfärisk modell och representeras genom sfäriska övertoner. Det finns för närvarande två områden med ett tätare nätverk än det globala nätverket; dessa täcker Europa och fastlandet USA med mer än 1000 basstationer. Med hjälp av dessa stationer beräknas regionala jonosfäriska och troposfäriska modeller, som sedan ger en snabb konvergens (RTX-snabb service).

satellitpositionen och klockinformationen har centimeternoggrannhet och gör det möjligt för klienten att beräkna exakt punktpositionering (PPP) med operatörsfas tvetydighetsupplösning. Tabell 1 visar tjänstens noggrannhet.

När tvetydigheterna har lösts är positionslösningen korrekt till några centimeter. Den globala RTX-standardtjänsten ger konvergenstider på 7 minuter till 20 centimeter (cm) horisontellt fel (95%) och till 2,5 cm (95%) på 13 minuter som visas i Figur 2. Den regionala RTX-Snabbtjänsten (USA, Europa) ger konvergenstider på mindre än en minut med centimeternoggrannhet. Warmstart-konvergenstiden är cirka 13 sekunder.

de angivna noggrannheterna kan uppnås med exakt Trimble GNSS-positioneringshårdvara. För integration i icke-Trimble-enheter erbjuds ett RTX-programvarubibliotek, vilket ger användaren realtidsåtkomst till de enskilda uppgifterna i RTX-korrigeringsströmmen. För användning av detta bibliotek i säkerhetskritiska system som advanced driving assisted systems (ADAS) eller semi-automated driving, certifierades detta bibliotek för att följa ASIL-B ISO 26262-standarden och automotive ASPICE-standarden. Detta bibliotek är tillgängligt för enkel integration i tredjepartsapplikationer.

förutom RTX-lösningen i realtid finns en webbaserad efterbehandlingslösning tillgänglig för allmän användning gratis. Det är möjligt att ladda upp statiska Trimble-eller RINEX-filer till servern, efterbehandla mätdata och hämta en exakt position i olika koordinatramar.

serviceintegriteten övervakas kontinuerligt på oberoende stationer från RTX-spårningsnäten i Europa och USA. Tjänstens integritet tillhandahålls på korrigeringsdatadomänen. Integritetsövervakningsdelen av RTX-systemet minimerar risken på grund av händelser som oplanerade satellitmanövrer eller fel sändningsefemer; satellitsignal eller klockanomalier; jonosfäriska stormar; eller problem med att överföra RTX-korrigeringsströmmen.

övervakningsstationerna beräknar fasobservationsrester (med tvetydighetsfixering) med hjälp av stationsmätningarna och de mottagna RTX-korrigeringarna. Dessa rester representerar de faktiska felen i korrigeringarna som ses av övervakningsstationerna vid siktlinjen (Tabell 1). Tröskelvärdena vid vilka korrigeringar anses vara felaktiga är följande: 0,5 m + QI (kvalitetsindikator) för bana + klockkorrigeringar och regionala troposfäriska modeller och 1,0 m + QI för regionala jonosfäriska modeller.

integritetsövervakningen består av två steg (Figur 1): en pre-broadcast-kontroll, där potentiellt felaktiga korrigeringar upptäcks och filtreras bort innan de lämnar dataservern, och en post-broadcast-kontroll, där ytterligare fel i överföringskanalen upptäcks och larm utfärdas till användarna.

Integritetsflaggor och larm sätts ständigt in i korrigeringsströmmen och matas ut av RTX-klientbiblioteket. Integritetsinformationen meddelar kunderna om förekomsten av integritetsövervakning och ger aktuella varningar vid upptäckt korrigering-dataintegritetsbrott. Time-to-alert gräns mål är 17 sekunder för L-band överföring och 13 sekunder för IP-överföring för RTX tjänsten.

RTX-korrigeringarna innehåller kvalitetsindikatorer. I synnerhet innehåller kvalitetsindikatorn för satellitklockan en ”DoNotUse” – flagga för att indikera potentiella problem med den givna satelliten. Denna flagga förhindrar användningen av satelliten för positionering när den tas emot av användaren. Kvalitetsindikatorerna för korrigeringarna är verkligen ett första integritetslager. År 2017 tillsattes integritetsövervakningen före sändningen för att fungera som ett andra lager. År 2019, med tillägget av integritetsövervakningen efter sändning, lades ett tredje integritetslager till RTX-korrigeringsdataströmmen.

RTX-systemet ger åtkomst till centimeternivåkorrigeringar som möjliggör centimeterpositionering på global basis. RTX-Fast-tjänster är tillgängliga i Europa och USA med integritetsövervakning före och efter sändning som för närvarande distribueras.

författarna är ingenjörer med Trimble Terrasat GmbH, Tyskland.