司南導航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、免費的高精度服務。司南導航率先開展PPP-B2b信號研究，并將PPP-B2b技術和實時精密單點定位（PPP）算法應用于高精度產(chǎn)品，在不依賴于通信網(wǎng)絡的情況下實現(xiàn)實時高精度定位，對北斗在科研、國土測繪、海洋開發(fā)等領域的高精度應用具有重要意義。

PPP-B2b技術是什么？

      北斗三號（BDS-3）是北斗系統(tǒng)建設發(fā)展的第三個階段，星座設計由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航授時、全球短報文通信和國際搜救服務；同時，還能為中國及周邊地區(qū)用戶提供星基增強、地基增強、精密單點定位和區(qū)域短報文通信等四種區(qū)域服務。

      BDS-3 PPP服務使用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、免費的高精度服務。

      PPP-B2b服務系統(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)，預處理后將原始數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡發(fā)送給地面主控站；地面主控站對原始數(shù)據(jù)進行驗證和評估，解算衛(wèi)星軌道和時鐘校正，根據(jù)協(xié)議生成改正數(shù)和其他相關參數(shù)的增強信息，由上行鏈路站傳輸給GEO衛(wèi)星，GEO衛(wèi)星再通過PPP-B2b信號進行廣播；用戶接收改正信息后即可進行實時精密單點定位。

PPP-B2b當中有什么？

      PPP-B2b信號電文數(shù)據(jù)的基本幀結構如圖2所示，每個電文數(shù)據(jù)幀由486個比特構成。其中，最高6比特表示信息類型，最低24比特為循環(huán)冗余校驗位（CRC），中間的456比特是數(shù)據(jù)域，當中的具體內(nèi)容由它對應的信息類型決定，每種類型的電文數(shù)據(jù)也定義了各自的編排標準，方便解碼和使用。

圖2 PPP-B2b信號電文數(shù)據(jù)的基本幀結構

      電文數(shù)據(jù)幀經(jīng)過64進制LDPC信道編碼后為972個符號，與長度為16個符號的同步頭、6個符號的本星PRN號、6個符號的預留標識位共同構成1000個符號的電文幀。

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)容之間的關聯(lián)性，以及改正數(shù)信息與廣播星歷之間的關聯(lián)性，通過IOD SSR、IOD P、IOD N和IOD Corr四個版本號對信息進行了標識，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。在此基礎上，我們進行了PPP-B2b技術研發(fā)工作，利用PPP-B2b服務，實現(xiàn)實時精密單點定位。

      理論方法

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

表2 GNSS測量主要誤差源

      精密單點定位中，主要采用偽距和載波相位兩種觀測量，根據(jù)GNSS導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：

      算法實現(xiàn)

      基于PPP-B2b服務的實時精密單點定位算法流程如圖3所示，大致分五步實現(xiàn)：

圖3 基于PPP-B2b服務的實時精密單點定位算法流程

      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)預處理：將PPP-B2b電文進行解碼得到具體的改正信息；還需要進行版本號匹配，包括基本導航數(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)能夠進行精準有效的誤差修正；

      數(shù)據(jù)處理：就是對導航數(shù)據(jù)中各種各樣的誤差進行處理。目前PPP-B2b提供的改正數(shù)可以對衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘差進行校正，在PPP中電離層誤差一般是通過消電離層組合進行抵消，其他的一些誤差可以采用一些標準的模型進行修正。經(jīng)過這些就可以計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，同時還需要進行一些粗差剔除和周跳探測的工作；

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

      結果輸出：除了最基本的站點坐標，對定位精度、DOP值，殘差等輔助信息也可以進行計算輸出。

      將上述算法用EVK-K803套件進行了實測，圖4和表3展示了一組10h長數(shù)據(jù)采用動態(tài)解算模式時定位結果?？梢钥吹?，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 定位結果統(tǒng)計

      基于PPP-B2b服務的實時精密單點定位技術的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在三個方面：

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

      其次，它可以達到廣域分米級的定位精度，也就是說在服務范圍內(nèi)的任何一個點都可以提供高精度服務，不會受到基站距離、差分數(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)；

      技術實現(xiàn)全程由我們國家的北斗系統(tǒng)提供服務支持，完全自主可控。同時，在算法實現(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)絡主動接收其他外部信息，使得整個定位過程更加穩(wěn)定可靠。

      從具體的應用場景來看，基于PPP-B2b服務的精密單點定位技術可以在一些RTK服務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，解決戈壁、礦山、海上等區(qū)域CORS服務無法覆蓋且基站架設困難等問題。

      目前，司南導航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，后續(xù)也將陸續(xù)在K802、K823等高精度模塊上實現(xiàn)，用戶在集成這些模塊后，可輕松獲得和使用PPP-B2b功能。

      司南導航官網(wǎng)www.sinognss.com

      參考文獻

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