PPP: tutto quello che vuoi sapere sul posizionamento assoluto di precisione

L’approccio al posizionamento assoluto di precisione PPP (Precise Point Positioning) si sta rivelando una tecnica sempre più affidabile che consente di ottenere precisioni paragonabili a quelle del posizionamento differenziato.

Ecco perché abbiamo pensato di approfondire questo argomento provando a spiegare nel dettaglio cos’è, come funziona e quali sono i servizi ad esso connesso.

 

 

Che cos’è il PPP?

Il primo passaggio indispensabile consiste nel comprendere il significato del termine PPP.

L’acronico PPP (Precise Point Positioning) indica una tecnica di rilievo satellitare GNSS in cui si effettua un posizionamento di precisione con un singolo ricevitore, senza appoggiarsi a infrastrutture esterne (ad esempio: reti di stazioni permanenti per l’NRTK) o a basi con cui elaborare in post processing le doppie differenze.

Tutte le tecniche di posizionamento GNSS devono affrontare il tema degli effetti di disturbo che agiscono sul segnale e che evidentemente impattano sulla precisione e l’accuratezza del posizionamento. Tali effetti hanno, come è noto, diverse cause e un diverso impatto a seconda del tipo di sorgente degli stessi. Esistono effetti globali (es: effetto di effemeride dei satelliti) ed effetti locali (es: Multipath). Alcuni di essi sono modellabili conoscendone l’andamento nel tempo e nello spazio; di altri viene stimato il valore in maniera quanto più possibile rispondente alla realtà da centri di calcolo adibiti a tale scopo, utilizzando serie temporali di dati provenienti da stazioni dislocate sul territorio. Altri ancora vengono limitati o eliminati con soluzioni di processing. In ogni caso non è possibile effettuare un posizionamento “di precisione” senza considerare la presenza di tali effetti.

In questo senso un rilievo in relativo, elaborato a posteriori, ad esempio,  affronta la presenza di tali disturbi cercando di eliminarli o mitigarne l’effetto anche attraverso la combinazione e la differenziazione delle osservabili registrate dal ricevitore Rover e da una o più basi; dalla differenza delle osservabili di Base e Rover, gli effetti di disturbo comuni ad entrambi vengono eliminati. Un caso tipico riguarda l’incertezza sulla posizione del satellite, che agendo in maniera identica sull’osservabile del rover e della base, può essere del tutto eliminato facendo una semplice differenza tra osservabili.

Come funziona un rilievo RTK?

Un rilievo RTK utilizza un approccio leggermente differente. Il rover si affida ad un servizio esterno locale (sia esso una singola base o una rete di stazioni permanenti) che invia in tempo reale alcuni modelli locali che aiutano il ricevitore stesso a mitigare o eliminare gli effetti di disturbo direttamente sul campo, nel momento stesso in cui il rilievo viene realizzato. 

Lo stesso principio vale quando ci si appoggia a servizi di correzione da satellite, come ad esempio EGNOS o WAAS, con la sola differenza che l’infrastruttura in questione è basata solo su satelliti geostazionari.

 

Quale accuratezza si raggiunge con il PPP?

Con il PPP è possibile raggiungere un posizionamento con accuratezze dell’ordine di pochi centimetri con osservabili non differenziate e modelli esterni che aiutino a gestire fonti di errore come ad esempio quelli legati alle effemeridi e ai clock dei satelliti.

 

Il PPP si contrappone al posizionamento differenziale?

Il PPP si contrappone quindi al posizionamento differenziale, consentendo di raggiungere accuratezze comparabili ad esso e con l’indubbio vantaggio di non essere legato ad una o più basi che acquisiscono dati simultaneamente rispetto al singolo ricevitore. Si pensi  ad esempio ai casi in cui si debba effettuare un rilievo di precisione in tutte quelle aree in cui non sono presenti infrastrutture che forniscano correzioni, stazioni permanenti o altre basi utilizzabili. In quel contesto un posizionamento PPP è ugualmente possibile poiché si basa soltanto sul singolo ricevitore geodetico le cui osservabili vengono elaborate in maniera indifferenziata. Semplicemente si utilizzano modelli esterni o informazioni provenienti da servizi online su scala globale.

È evidente che, stante questo tipo di approccio, per una buona riuscita del posizionamento, è essenziale la qualità dei modelli esterni di input e la qualità delle osservabili stesse del ricevitore, oltre ad una ridondanza di osservazioni che consenta di filtrare le più rumorose.

Tra i modelli gioca un ruolo importante l’atmosfera. Viene utilizzata ad esempio una stima piuttosto fine del ritardo troposferico lungo il percorso del segnale, mentre la ionosfera viene trattata o attraverso combinazioni di osservabili iono-free, che eliminano direttamente l’effetto ma che necessitano l’uso di ricevitori a doppia frequenza o attraverso modellazioni dell’effetto stesso.

Da un punto di vista della latenza nell’approccio PPP la soluzione delle ambiguità di fase non avviene così rapidamente come nel posizionamento NRTK. C’è bisogno di una fase iniziale di convergenza che è generalmente più lunga rispetto alle altre tecniche. Il miglioramento degli algoritmi di calcolo e il raffinamento dei modelli calcolati consentono di ridurre tale fase che attualmente, in particolari condizioni, può durare indicativamente una quindicina di minuti per ricevitori statici. 

 

 

PPP in Real Time o Post Processing

Il posizionamento PPP può essere realizzato indifferentemente in post processamento o in real time. Si deve però tenere presente come, a posteriori, sia più semplice trovare prodotti e modelli che consentano di raggiungere un posizionamento accurato, proprio perché alcuni effetti vengono descritti meglio a posteriori da centri di calcolo che si appoggiano a reti di stazioni permanenti globalmente distribuite. Per fare un esempio concreto, si considerino le effemeridi. Quelle trasmesse, le cosiddette broadcast, disponibili in real time, forniscono i dati di posizione del satellite con una accuratezza di circa 1 metro. Le effemeridi precise, disponibili dopo circa 2 settimane rispetto a quando il rilievo è stato effettuato, forniscono i medesimi dati con una accuratezza di  circa 2,5 cm.

Ci sono soluzioni intermedie per cui, attendendo circa 24/48 h, si possono utilizzare le effemeridi rapide che sono molto più simili, in termini di accuratezza, rispetto alle finali, senza che sia necessario attendere troppo tempo.

In ogni caso resta il fatto che fare PPP in real time sia decisamente più “sfidante”, se si vogliono raggiungere accuratezze comparabili con tecniche differenziali. Questa è una delle direzioni in cui si sta andando anche con progetti di sviluppo sperimentale, sia da un punto di vista degli algoritmi di elaborazione sia da un punto di vista della modellazione di effetti di disturbo sul segnale.

 

Software, servizi e dispositivi esistenti:

Non tutti i software di processing dati satellitari GNSS consentono di effettuare un posizionamento PPP.

Ve ne sono alcuni particolarmente solidi, anche da un punto di vista degli algoritmi implementati, che consentono anche questa opzione. A titolo di esempio si citano:

BERNESE: sviluppato dall’AIUB (Astronomical Institute of hte University of Bern). E’ un software scientifico  di alta precisione che consente di effettuare sia posizionamento differenziale che posizionamento PPP. 

GIPSY: sviluppato dal JPL (Jet Propulsory Laboratory) come software per il posizionamento di alta precisione, integra un motore per il PPP usando i prodotti (orbite e clock) forniti da JPL stesso.

GAPS: sviluppato dalla University of New Brunswick come servizio online, consente di effettuare un posizionamento PPP sia statico che cinematico e facilita le operazioni di reperimento dati poichè le effemeridi vengono recuperate in automatico dai servizi IGS. Accetta in input file RINEX in versione 2 o 3 oltre ad una serie di altri file in formato proprietario.

Per quanto riguarda il PPP in tempo reale si segnala l’IGS Real Time Pilot Project (RTPP), avviato nel 2007 proprio con l’obiettivo di gestire i prodotti della rete globale IGS, sviluppare e distribuire prodotti anche in real time proprio nell’ottica di abilitare anche il posizionamento PPP.

Infine, se sei alla ricerca di un ricevitore GNSS che supporti il PPP dai un’occhiata a Emlid Reach Rs2.

 

 

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