精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)技术由美国喷气推进实验室( JPL ) 的Zumberge 于1997年提出。20世纪90年代末,由于全球GPS跟踪站的数量急剧上升,全球GPS数据处理工作量不断增加,计算时间呈指数上升。为了解决这个问题,作为国际GPS服务组( IGS)的一个数据分析中心, JPL提出了这一方法,用于非核心GPS站的数据处理。该技术的思路非常简单,在GPS定位中,主要的误差来源于三类,即轨道误差、卫星钟差和电离层延时。如果采用双频接收机,可以利用LC相位组合,消除电离层延时的影响。如果选择地心地固系表示卫星轨道,计算的参考框架同为地心地固系,可以消去观测方程中的地球自转参数。于是,只要给定卫星的轨道和精密钟差,采用精密的观测模型,就能像伪距一样,单站计算出接收机的精确位置、钟差、模糊度以及对流层延时参数。
根据PPP技术的要求,定位中需要系统提供卫星的精密轨道和钟差。目前,国际GPS服务组织( IGS)的几个数据分析中心具备这个能力提供卫星的精密轨道和钟差,但是,这些都是后处理结果。根据IGS的产品报告, IGS提供的卫星轨道精度能够达到2～3cm,卫星钟差的精度优于0. 02ns,这种精度的卫星钟差和轨道,能够满足任何精度的定位要求。近10年,由于IGS的努力, GPS卫星预报轨道的精度已经达到十几厘米,预报轨道的时间也由24h预报缩短到3h预报,卫星轨道的精度已经能够满足一般定位的要求。由于IGS现在不能提供实时和外推的精密卫星钟差,制约了实时PPP技术的应用;精密的卫星钟差仍然是PPP技术实时应用瓶颈,目前IGS只有后处理卫星钟差, JPL和GFZ已经有能力提供快速卫星钟差。
实时PPP网络介绍---StarFire
StarFire 是一个全球GPS差分网络，能为世界上任何位置的用户提供可靠的，史无前例的分米级定位精度。由于广域差分GPS修正系统通过Inmarsat地球同步通信卫星作为通信链路，所以用户不用搭建本地参考站或数据后处理，就可获得很高的精度。此外，由于采用覆盖全球的地球同步卫星作为差分通信链路，则可以在地球表面从北纬75°到南纬75°都可获得相同的精度。
StarFire系统由GPS卫星星座，L波段通信卫星，和一个分布在世界各地的参考站网络组成，并由该系统提供实时的高精度定位信息。为提供这一独特定位服务，StarFire搭建了一个全球双频参考站网络，这些参考站不断地接收来自GPS卫星信号。参考站接收的信号被传送到分别位于California，Torrance和位于Illinois，Moline的网络处理中心，并在这两处生成差分改正信息。上述两处网络处理中心的差分信息，通过独立的通信链路，被传送到卫星上行链路站。这些站分别位于加拿大的Laurentides，英格兰的Goonhilly和新西兰的Aucklang。在这些卫信上行链路站，修正信号被上传给地球同步通信卫星。
实时PPP工作流程
StarFireTM 系统之所以方便地实现高精度定位，关键在于GPS修正源。GPS卫星在两个L波段上传输导航数据。各个参考站都装有测量级的双频接收机。这些参考站的接收机解码GPS信号并将高质量的双频伪距和载波相位测量数据，连同所有GPS卫星都广播的数据信息，发送回网络处理中心。在网络处理中心，利用NavCom的专有差分处理技术，生成实时GPS卫星星座的精密轨道信息和星种改正数据。该专有广域DGPS算法，优化了双频系统。在双频系统中，参考站接收机和用户接收机都能使用双频电离层测量数据。正因为在参考站和用户端都使用双频接收机，连同先进的数据处理算法，才使系统实现高精度成为可能。
计算出改正数据只是第一步。而后需要将网络处理中心的差分改正数据传送致陆地地球站（LES），以便在那里将数据上传给L波段通信卫星。上行站装配有NavCom的调制设备，该调制设备作为卫星发射器的接口，将改正数据流上传给通信卫星，并由通信卫星广播给覆盖地区。每个L波段卫星覆盖地球面积，都超过三分之一。
用户的C-Nav精确GPS接收机，事实上有两个接收机，一个GPS接收机和一个L波段通信接收机，两接收机都是由NavCom为该系统设计的。系统中，GPS接收机跟踪所有的在视卫星，并计算伪距测量数据。与此同时，L波段接收机接收由L波段通信卫信播发的改正信息。将改正信息应用于GPS测量数据，就生成了精确的定位测量。
