امروزه توسعه فناوری‌های سامانه‌های ناوبری ماهواره‌ای جهانی (GNSS) و نیاز روزافزون به تعیین موقعیت دقیق آنی در کاربردهایی نظیر خودروهای خودران، کشاورزی دقیق و پهپادها، اهمیت روش‌های موقعیت‌یابی بسیار دقیق را دوچندان کرده است. به طور کلی، روش‌های دقیق GNSS به دو دسته‌ی تفاضلی (نسبی) و مطلق (Absolute) تقسیم می‌شوند. در روش تفاضلی، موقعیت کاربر نسبت به یک نقطه‌ی مرجع معلوم تعیین می‌شود که بسیاری از خطاهای سیگنال‌های GNSS را حذف می‌کند و بنابراین به دقت بسیار بالایی می‌رسد. در مقابل، روش مطلق نیاز به مرجع محلی ندارد و موقعیت کاربر را مستقیماً در یک چارچوب مختصات جهانی محاسبه می‌کند.
دو رویکرد رایج در این حوزه عبارت‌اند از RTK (Real-Time Kinematic) به‌عنوان یک روش تفاضلی و PPP (Precise Point Positioning) به‌عنوان یک روش مطلق. هرکدام از این روش‌ها مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند؛ RTK با تصحیحات محلی به دقت آنی سانتی‌متری می‌رسد اما برد محدودی دارد، در حالی که PPP تنها با یک گیرنده و در هر نقطه از جهان کار می‌کند ولی زمان همگرایی (Convergence) طولانی‌تری دارد. برای بهره‌گیری همزمان از مزایای این دو، نسل جدیدی از تکنیک‌ها با نام PPP-RTK توسعه یافته که دقت بالا و پوشش وسیع را همزمان فراهم می‌کند.
در ادامه، هر یک از این روش‌ها را بررسی کرده و همچنین به خدمات نوین رایگان گالیله و بیدو در حوزه PPP-RTK می‌پردازیم.
موقعیت‌یابی تفاضلی: پایه‌ی روش RTK
در موقعیت‌یابی تفاضلی، گیرنده‌ای به‌عنوان ایستگاه مرجع در موقعیت معلوم قرار می‌گیرد و سیگنال‌های ماهواره‌ای را دریافت کرده و اختلاف بین موقعیت واقعی خود و موقعیت محاسبه‌شده از ماهواره‌ها را به‌عنوان تصحیح برای گیرنده متحرک (روور) ارسال می‌کند. این تصحیحات شامل خطاهای مشترک مانند خطای ساعت ماهواره، خطای مداری، و اثرات جوی است. با اعمال این تصحیحات، گیرنده متحرک می‌تواند موقعیت خود را با دقت بالا نسبت به مرجع تعیین کند.
از نمونه‌های روش تفاضلی می‌توان به DGPS اشاره کرد که در آن دقتی در حد زیرمتری فراهم می‌شود. اما روش دقیق‌تر RTK است که از سیگنال‌های فاز حامل استفاده می‌کند و در صورت حل ابهام فاز، می‌تواند به دقت سانتی‌متری یا حتی میلی‌متری برسد.
RTK: دقت آنی با وابستگی محلی
RTK یا موقعیت‌یابی کینماتیک آنی، بر پایه داده‌های لحظه‌ای از یک ایستگاه مرجع کار می‌کند. ایستگاه مرجع اطلاعات دقیق سیگنال‌های GNSS را به‌صورت تصحیح به روور ارسال می‌کند و گیرنده روور با پردازش تفاضلی، موقعیت دقیق خود را محاسبه می‌کند. مهم‌ترین ویژگی RTK، دستیابی به دقت آنی در حد سانتی‌متر است.
اما RTK معایبی هم دارد. این روش معمولاً در فواصل بیش از ۲۰ تا ۳۰ کیلومتر از ایستگاه مرجع عملکرد مناسبی ندارد. بنابراین برای پوشش وسیع‌تر، نیاز به شبکه‌ای از ایستگاه‌های دائمی (CORS) یا زیرساخت‌های ارتباطی است. همچنین ارتباط مداوم و پایدار بین گیرنده و مرجع ضروری است، که باعث افزایش پیچیدگی و هزینه می‌شود.
PPP: موقعیت‌یابی مطلق با گیرنده منفرد
در روش PPP، تنها با یک گیرنده GNSS و بدون نیاز به ایستگاه مرجع محلی می‌توان موقعیت دقیقی محاسبه کرد. در این روش، خطاهای مداری، ساعت ماهواره، تأخیرات جوی و بایاس‌های گیرنده به‌صورت جداگانه مدل‌سازی یا اصلاح می‌شوند. این اصلاحات معمولاً از طریق اینترنت یا ماهواره از سوی شبکه‌ای جهانی مانند IGS به گیرنده ارسال می‌شوند.
PPP به‌صورت سنتی در حالت پس‌پردازش انجام می‌شد؛ یعنی کاربر داده‌های خام را ثبت کرده و سپس با دریافت محصولات دقیق، موقعیت خود را محاسبه می‌کرد. اما امروزه PPP به‌صورت آنی نیز قابل استفاده است و دقتی تا حدود ۲ تا ۳ سانتی‌متر را در حالت همگرا فراهم می‌کند. با این حال، یکی از معایب اصلی PPP زمان نسبتاً طولانی همگرایی اولیه است که ممکن است از چند دقیقه تا نیم ساعت طول بکشد.
PPP-RTK: ترکیب مزایای دو روش
PPP-RTK تلاش می‌کند تا مزایای RTK (دقت آنی) و PPP (پوشش جهانی و عدم نیاز به مرجع) را در یک سیستم ترکیب کند. در این روش، تصحیحات دقیق مانند مدار و ساعت ماهواره، بایاس‌های فاز، و تأخیرات جوی در سطح منطقه‌ای یا جهانی محاسبه و به‌صورت یک‌طرفه برای کاربر ارسال می‌شود. از آنجا که بسیاری از این تصحیحات به کمک ایستگاه‌های متعدد محاسبه می‌شوند، PPP-RTK مانند PPP تنها به یک گیرنده نیاز دارد، اما مانند RTK می‌تواند به دقت سانتی‌متری در زمان کوتاه برسد.
این روش با استفاده از مدل‌سازی فضای حالت (SSR) به‌جای ارسال تصحیحات مستقیم، امکان استفاده در مناطق وسیع‌تری را نسبت به RTK فراهم می‌کند و در عین حال مشکل زمان همگرایی PPP را برطرف می‌سازد.
خدمات رایگان PPP-RTK توسط گالیله و بیدو
در گذشته، استفاده از PPP-RTK منوط به دریافت تصحیحات از سرویس‌های اشتراکی مانند Trimble RTX، NovAtel TerraStar یا Hemisphere Atlas بود. این سرویس‌ها دقت بسیار بالایی دارند اما نیازمند خرید اشتراک از شرکت ارائه‌دهنده هستند و هزینه‌بر می‌باشند. در مقابل، اخیراً دو سامانه GNSS گالیله (اروپا) و بیدو (چین) خدمات رایگان PPP-RTK را برای عموم کاربران ارائه داده‌اند.
سرویس HAS گالیله
سرویس High Accuracy Service (HAS) توسط سامانه گالیله ارائه شده و از طریق باند E6 یا اینترنت قابل دریافت است. این سرویس تصحیحات دقیق مدار، ساعت و بایاس‌های سیگنال را به‌صورت رایگان در اختیار کاربران قرار می‌دهد و در نسخه فعلی دقتی در حدود ۲۰ سانتی‌متر را بدون نیاز به ایستگاه مرجع فراهم می‌سازد.
برای استفاده از این سرویس، باید از گیرنده‌هایی استفاده کرد که از نسل جدید بردهای GNSSپشتیبانی می‌کنند. در حال حاضر این قابلیت در گیرنده‌های XiMA S22 و XiMA S20 Ultra شرکت فعال بوده و در دسترس است.
سرویس PPP-B2b بیدو
سامانه بیدو نیز سیگنال اصلاحی به نام PPP-B2b را از طریق ماهواره‌های GEO در باند B2b پخش می‌کند. این سرویس، مختصات دقیق مدار و ساعت ماهواره‌ها را شامل می‌شود و به‌صورت رایگان در چین و کشورهای منطقه آسیا-پاسفیک در دسترس است.
این سرویس نیز برای استفاده نیازمند گیرنده‌های GNSS نسل جدید است و در حال حاضر روی گیرنده‌های مدل XiMA S22 و XiMA S20 Ultra شرکت هیرو قابل بهره‌برداری است. با توسعه زیرساخت‌ها، بیدو در نظر دارد پوشش این سرویس را گسترش دهد و آن را به سطح جهانی برساند.
مزیت رقابتی
این خدمات رایگان، نقطه عطفی در توسعه موقعیت‌یابی دقیق محسوب می‌شوند. کاربران بدون پرداخت هزینه اشتراک و تنها با یک گیرنده مجهز به برد مناسب، می‌توانند به دقت بالا دست یابند.
در حال حاضر، تمرکز این خدمات بر مناطق خاصی است، اما روند جهانی به‌سمت گسترش این امکانات به‌صورت جهانی پیش می‌رود. تفاوت کلیدی این سرویس‌ها با خدمات اشتراکی این است که در HAS و PPP-B2b نیازی به پرداخت هزینه وجود ندارد، در حالی که سرویس‌های تجاری مانند RTX، Atlas و TerraStar فقط با خرید اشتراک قابل استفاده هستند.
نتیجه‌گیری
- سه روش RTK، PPP و PPP-RTK به‌ترتیب نماینده رویکردهای تفاضلی، مطلق و ترکیبی در موقعیت‌یابی دقیق هستند.
- RTK با وجود دقت بالا، نیازمند زیرساخت‌های محلی و ارتباط دائم با ایستگاه مرجع است.
- PPP در هر نقطه‌ای قابل اجراست اما معمولاً نیاز به دانلود فایل‌های تصحیح از سایت‌های مرتبط (مانند IGS یا CNES) و انجام پس‌پردازش دارد و همگرایی آن زمان‌بر است.
- PPP-RTK با ترکیب مزایای هر دو، راه‌حلی مناسب برای کاربردهای حرفه‌ای بلادرنگ فراهم کرده است.
ورود سامانه‌هایی مانند گالیله و بیدو به حوزه خدمات رایگان PPP-RTK، تحولی بزرگ در دسترسی همگانی به موقعیت‌یابی دقیق ایجاد کرده است. این موضوع، مسیر را برای توسعه گسترده کاربردهایی چون پهپاد، کشاورزی دقیق، ناوبری خودرو و خدمات نقشه‌برداری حرفه‌ای هموارتر خواهد کرد.
