全球电离层活跃极年临近,千寻位置率先升级全线RTK终端

互联网2022-08-05

日益加剧的电离层扰动对高精度定位的影响愈发严重。7月27日起,千寻位置率先升级北斗高精度定位终端,将电离层抑制能力陆续推送覆盖全部在售及已售出的云端一体及星地一体系列北斗高精度RTK终端设备,引领电离层抑制能力成测绘RTK终端核心标配,实现行业型北斗底层技术能力在市场用户的普惠,进一步发挥北斗应用能力。

来自中科院的空间环境预报中心数据显示,2022年上半年起,全球电离层活跃情况已呈现陡增态势。根据国际权威机构WDC-SILSO比利时皇家天文台结合电离层活跃周期预测,直到2029年全球电离层才会逐渐回到相对平静状态。电离层是离我们最近的太空圈层,对无线电通信、卫星导航定位、雷达探测等都会产生重要影响。以卫星信号为例,穿过电离层进行信号播发,这时的电离层已不再是信号传播的媒介,更是一个"扰乱者"的角色。北斗高精度定位设备就会因电离层的折射误差而降低定位的精度,以及出现RTK浮动无法得到固定解,就会无法实现所需的作业成果,甚至停工。

(WDC-SILSO比利时皇家天文台:太阳黑子对应电离层活跃预测)

受电离层影响的时段、范围、程度,正不断加大

今年年初,我国南方省份已经不同程度受到日益活跃的电离层扰动影响,尤其是基础设施建设一线的测绘作业,在工程施工、路政桥梁、矿山、林业、国土、地形勘测等领域正在使用的不少北斗高精度RTK终端设备已经明显表现出来,即使完成"搜星"动作但也会常常出现无法"固定"的现象,受电离层扰动影响,"固定精度"指标迟迟无法达到解算要求。而这一情况就是源于太阳黑子11.2年的活跃周期,电离层扰动影响在未来2-3年只会加剧,于2024-2025年达到峰值。在电离层扰动逐步加剧的情况下,不仅会导致全天甚至季节性受影响的时段周期更长,受影响范围也将不再局限于南部及中部地区,还会波及影响到一些北部地区。可预见的是,直到2029年的7年内,测绘作业均会受到来自电离层扰动的挑战。

千寻位置电离层抑制能力重新定义RTK解算链路

千寻位置于今年5月份发布了行业通用的电离层活跃查询工具,并公布电离层抑制算法能力——"质量因子",完成国内首个抗电离层算法的重大升级。目前已率先将该能力与北斗高精度RTK终端算法融合,削减电离层扰动带来影响的同时,全面持续优化提高固定精度及固定速度,也是对于北斗高精度RTK终端的技术算法实现了技术跃迁式升级,结合北斗能力率先实现新一代RTK的核心底层技术能力SuperRTK引擎(整机算法),对于"搜星(捕获终端可见卫星)—>接收基站数据(RTCM差分改正数)—>差分信号解算(结合基站改正数对观测值进行解算)—>获得固定解(达到固定精度要求)"这一行业标准链路重新定义: "电离层抑制—>搜星—>接收基站数据—>「差分信号+质量因子」解算—>获得固定解".

(重新定义RTK设备解算链路)

这正是基于电离层抑制能力——质量因子的技术原理,通过质量因子信息,能够精准判断电离层活跃程度以及大气建模误差的波动范围。当存在个别卫星电离层残差较大时,就可以根据其离群程度对残差较大的卫星进行剔除或抗差。而当电离层残差整体偏大时,说明电离层较为活跃,可以通过千寻位置RTK终端电离层抑制算法消除残余的电离层误差。

(千寻位置SuperRTK引擎融合电离层抑制能力:质量因子)

千寻位置可实现电离层抑制能力与RTK终端算法的融合基于三个核心关键:

第一,长周期、大面积的海量数据积累+机器学习能力

海量数据沉淀与分析:千寻位置运营的国家北斗地基增强系统"全国一张网",拥有分布广泛的GNSS地面监测站点。自2016年正式投入运行至今6年,向全社会提供实时厘米级、后处理毫米级的高精度定位服务,并积累了大面积、长周期的海量观测数据,为持续研究、精准分析以及机器学习的能力奠定了基础。千寻位置更是对电离层活跃和异常分布的时间周期、地理范围、突变概率等形成针对性的数据观测和分析,为电离层抑制的整体系统化能力提升奠定关键;

机器学习能力:在海量数据的基础之上,千寻位置开发了一种机器学习模型,能以自适应的方式,执行各种机器学习模型的训练工作和评估实验,让电离层相关的大数据能够针对模型程序进行自动规划,获得精准的电离层建模结果。不仅最大程度减少程序开发时间,提高建模效率,而且大幅度提升电离层抑制的精准性。

第二,全链路闭环能力持续打造

全链路闭环算法:抗电离层算法升级,完成了"数据获取、高斯模型、机器学习、电离层活跃程度研判、精准电离层建模、改正数播发"等全链路算法闭环,将电离层影响从"难解之题"变成"流水作业".

整机全链路闭环:目前行业内主流的北斗高精度RTK终端,主要是"新1+1"的网络RTK方式,仅千寻位置以云端一体的能力将设备实现软硬件一体化,现今更是通过"差分服务+板卡+整机算法+APP"全链路闭环自主可控能力的持续打造,为电离层抑制能力引领行业RTK率先升级奠定基础。7月底,千寻位置陆续把电离层抑制能力推送覆盖云端一体及星地一体的北斗高精度RTK终端设备,真正将行业型北斗底层技术能力普惠到市场用户。

第三,充分应用北斗能力

长期的观测和验证证明:对于影响我国范围的电离层区域,在同一时间段内,BDS(北斗卫星导航系统)的数量、观测角度等,明显优于其他星座系统,BDS能够提供更具完整、连续、准确的观测成果。

千寻位置于2020年5月率先支持北斗三号的5星16频服务,被大量用户广泛使用和肯定,也更早地将积累的电离层数据用于北斗地基增强系统的优化迭代。

(电离层扰动加剧情况下:对比质量因子介入效果)

应对自然、造福于人,是科学技术跃迁背后的核心原因之一。电离层抑制能力将带来的国内RTK技术能力跃迁,正是一次应对自然变化和挑战的尝试,也是基于为市场用户体验、对那些奔赴在基础设施建设一线的测绘相关从业者的关注。

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