多场景下的Android设备伪距单点定位及精度评估

全球导航卫星系统(GNSS)是以人造卫星为导航站的星载无线电导航系统,为陆、海、空、天等各种军民载体提供全天候、高精度的定位、速度和时间信息.普通智能手机用户从Android Nougat 7.0之后可以获取原始GNSS观测量,为了评估其定位精度.本文采用魅族Note9手机作为采集GNSS原始观测值的智能终端,利用Geo++ RINEX Logger软件收集数据,通过进行不同场景下的单点定位实验,对开阔地、严重遮挡和室内3种状态下的静态定位进行对比分析.同时,针对智能手机天线定位误差较大的弱点,采用精密天线对手机信号进行增强,并进行定位结果的分析.通过本文多组实验中对数据进行结算及误差分析,最终得出一些有益结论,可以为基于智能手机定位的应用开发提供重要参考.     

载波/多普勒平滑伪距在Android手机中的定位实现

针对Android手机GNSS伪距定位精度较低的问题，利用手机端观测信息，通过载波相位/多普勒平滑伪距改善手机端伪距观测值的质量，从而达到提高定位精度的效果。首先给出了Android手机GNSS原始观测量的获取方法，然后推导了载波相位平滑伪距和多普勒平滑伪距算法模型，并设计合理有效的试验对算法的精度进行评定。试验结果表明：在手机端静态定位中载波相位和多普勒平滑算法均可提高原始伪距的定位精度，且多普勒平滑算法表现更优；在手机端动态定位中多普勒平滑算法可获得比原始伪距更优的定位精度，但是载波相位平滑算法较原始伪距更差；由于硬件的制约手机端周跳和信号失锁严重，占比超过50%，载波相位在手机端的可用性较低；多普勒平滑算法的最优平滑时间常数小于等于10 s，具有实时动态定位的巨大潜力。     

大众智能手机精密定位与结果分析

随着移动互联网的发展与智能手机的普及，大众用户对高精度位置服务的需求日益增加。目前Google公司Android操作系统已开放GNSS原始观测值接口，采用智能手机实现传统适用于专业设备的PPP、RTK等高精度定位成为可能，因此采用原始观测值进行智能手机高精度定位成为研究热点。本文基于协同精密定位服务平台提供的实时轨道、实时钟差与电离层产品信息，实现了智能手机的PPP高精度定位处理。通过实测验证表明：在理想观测条件下，主流智能手机小米8与华为P10实现PPP定位精度水平优于1 m，相对标准伪距单点定位精度分别提高36%和47%。     

Android智能手机GNSS高精度实时动态定位

本文基于智能手机GNSS观测值的质量和性质,利用手机载波相位观测值不确定度进行粗差处理,使用星间单差法消除智能手机伪距和载波相位观测值之间差值不固定特性的影响,针对手机观测值修改滤波过程中的观测值噪声方差数值,采用不固定载波相位整周模糊度的常加速度动态单频Kalman滤波模型实现实时PPP和RTK两种定位方法,提高手机实时GNSS定位精度。使用某智能手机进行验证,单频实时动态PPP定位在99s内达到稳定状态,平面定位精度为1.51 m,高程精度为2.79 m;RTK定位在27 s内达到稳定状态,平面定位精度为0.73 m,高程精度为0.78 m。测试结果表明目前智能手机的GNSS定位模块具有提供更加精准的位置服务能力,甚至在某些特定场景下具有实施测绘作业的潜能。     

低成本μ-blox单频多系统GNSS接收机的定位性能分析

随着大众市场对高精度定位需求增加,基于低成本小型化设备的全球卫星导航系统(GNSS)高精度定位成为研究热点之一. 本文以低成本多系统GNSS接收机μ-blox M8P型号为例,分析其观测数据质量,研究其伪距单点定位和单频载波相对定位的定位性能和特点,为低成本GNSS接收机高精度定位应用提供参考. 实验结果表明,与测量型接收机相比,μ-blox输出GNSS观测值的载噪比略小,伪距和载波相位的测量噪声较大. 静态模式下,μ-blox的单频载波相对定位(基线长度约为430 m)可以提供厘米级的定位精度;城市环境动态模式下,其单频载波相对定位可提供亚米级至米级的定位精度. 信号受限环境下,GPS／GLONASS双系统能够提供更稳定的定位结果.      

智能手机RTK定位软件实现及应用试验

随着芯片技术的发展,智能手机已成为使用最普遍的一类全球卫星导航系统(GNSS)设备,其提供位置服务的能力逐步彰显. 为探究将手机作为专业GNSS设备的可行性,利用谷歌开放Android智能终端GNSS原始观测数据这一契机,设计并实现一款手机实时动态 (RTK)定位手机应用程序(APP),并基于该APP开展高精度定位应用试验. 结果表明:在静态条件下,手机RTK定位精度约达1 dm;在行人和车载动态条件下,可达平面亚米级、高程1~2 m的精度水平,RTK定位精度远高于内置芯片解,但稳定性略差于芯片解. 使用手机模拟RTK点测量,其平面精度约达1 m,基本满足地理信息采集和调查等亚米级到米级低精度专业应用的需求.      

Android移动终端单频BDS/GPS实时PPP技术研究

针对Android移动终端定位精度较差的问题,该文对Android框架结构进行了研究,提出了基于Android移动终端实时BDS/GPS双系统精密单点定位(PPP)方法。利用Android studio 2.2.2、Java语言及JNI技术,对终端GNSS驱动进行开发,成功通过串口读取北斗移动终端RTCM MSM4原始卫星观测数据,并在硬件抽象层进行网络实时差分数据解析、文件读取和输出,最终实现增强定位。在移动终端上运行BDS/GPS实时PPP软件,分析定位结果显示双系统单频精密单点定位精度N、E方向0.6m左右,U方向1.5m左右。     

GPS RTK技术在城市测量中的应用

高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。相对传统GPS静态、快速静态定位，需要较长时间观测并事后进行数据处理，其测量定位效率大大提高，并能够满足一般城市测量的要求。利用GPS TRK技术可进行低等级控制点加密、工程放样、碎部点采集等测量任务。以下就本院使用Trimble 5700 1＋2双频GPS RTK接收系统在商丘城市测量中的应用情况作些介绍。     

华为P30和荣耀9X智能终端原始GNSS观测值的质量分析

随着智能终端的普及,基于移动智能终端的应用服务正飞速拓展,但当前华为智能终端的原始GNSS数据质量分析仍较少.因此,本文选取两台华为智能终端(华为P30和华为荣耀9X)为实验对象,从可见卫星数、信噪比、观测噪声和伪距多路径误差分析华为智能终端在GPS+BDS系统下的原始GNSS观测值的数据质量,并分析两款智能终端的定位精度.实验结果表明:华为P30和荣耀9X分别观测到23、20颗卫星,P30手机的平均信噪比优于荣耀9X,两款智能终端在单系统下的观测噪声与伪距多路径误差均大于在GPS+BDS下的观测噪声与伪距多路径误差.     

Android平台下实时BDS+GPS双系统广域差分定位技术研究

随着智能手机的普及,基于移动智能终端的位置服务应用正在飞速扩张。Android智能终端,因其性价比高而占据了大多数用户市场,但定位精度有待提升。因此,利用广域差分增强技术,提升室内外位置服务精度,成为当前研究热点。本文利用Android studio 2.2.2平台、Java语言及JNI技术,开发了BDS+GPS广域差分定位软件,该软件通过串口读取北斗移动终端原始卫星观测数据,进行差分数据流解析、实时轨道和钟差改正并实现增强定位。在移动终端硬件平台上,运行BDS+GPS实时WAAS软件,分析了定位结果,双系统单频广域定位精度为4 m左右,对于GNSS卫星技术在低成本移动终端位置服务中具有重要应用价值。     

安卓智能手机的精密单点定位模型研究

针对当前智能手机的全球卫星导航系统(GNSS)原始数据质量不佳导致常规精密单点定位(PPP)模型无法有效利用以及缺少智能手机PPP模型测试分析资料等问题,该文以载波加钟差的改进精密单点定位模型为基础,扩展至相应的载波加钟速模型、UofC模型、无模糊度模型、载波二次差模型及星间差分模型,简述了各个模型的特点,并利用华为P10智能手机的GNSS原始数据,测试并分析了各个模型定位精度情况:星间差分PPP模型在短期内(10 min)定位精度最优,平面中误差在1.8 m左右,高程2.1 m左右;改进模型与载波加钟速模型定位精度相当,UofC模型精度稍差;无模糊度模型与载波二次差模型需在Kalman滤波过程中采用降权方式防止其发散,定位精度取决于前期历元的数据质量。     

Android智能手机GNSS数据质量分析

随着全球卫星导航系统(GNSS)的不断建设,智能手机基于移动位置服务 (LBS)得到了迅猛发展. 文中选取市面上常见的3种手机机型,包括:三星S9+(Exynos)、华为Mate30和华为P40 Pro作为研究对象,并使用北斗星通UR4B0-D高性能GNSS接收机进行同步静态观测实验,从卫星可见数、载噪比(CNR)、卫星高度角和多路径误差等方面,对手机GNSS数据质量进行分析. 结果表明:不同型号手机在观测能力和数据质量方面存在明显差异. Android智能手机的GNSS数据质量较差,CNR较小,且CNR与卫星高度角无明显关系. 此外,多路径误差是影响Android智能手机高精度定位的主要误差项之一.      

城市场景智能手机GNSS/MEMS融合车载高精度定位

智能手机凭借其普遍性、便携性和低成本等优势,已成为大众用户导航与位置服务的主流终端载体,其多频多系统GNSS（global navigation satellite system）观测值的开放进一步激发了手机高精度定位的研究。然而,受限于消费级GNSS器件性能,手机卫星观测值呈现出信号衰减严重、伪距噪声大、粗差周跳多等问题;并且受城市复杂环境影响,手机GNSS定位的连续性、可靠性也难以保证。提出一种城市场景手机GNSS/ MEMS（micro-electro mechanical system）融合的车载高精度定位方案。首先,构建了速度约束的GNSS差分定位模型;然后,通过手机内置MEMS与车辆运动约束,在挑战环境下进行GNSS/MEMS融合精密定位。实验结果表明,在开阔和树荫场景下,速度约束方法可达到分米至米级定位精度,相比于常规方法分别提升了35.2%和78.9%;在高架场景下,GNSS/MEMS融合定位的精度和连续性均提升显著;在隧道场景下,MEMS推算位置累积误差约为2.5%。实验结果初步表明,手机GNSS具备开阔环境下的车道级定位能力,手机GNSS/MEMS融合可提升城市复杂环境下车载定位的精度和连续可用性。     

一种基于智能手机的实时高精度定位系统开发与车载应用测试北大核心CSCD

手机GNSS芯片可支持多模GNSS观测信号,其提供的原始观测量为高精度导航定位提供了可能,智能手机高精度导航定位成为研究热点之一。本文首先基于自研的反向RTK算法,设计并开发了一套基于智能手机的实时高精度定位系统,降低手机的计算压力;然后基于智能手机小米8,进行了大范围(覆盖深圳、武汉、北京)、多场景(城市开阔/遮挡,高速开阔/遮挡)的动态车载应用测试,用于验证系统的可靠性和可用性。测试结果表明:系统在各场景下均能稳定有效运行,在开阔环境下,小米8可实现亚米级的实时动态定位精度,精度最优可达0.21 m。     

智能手机多频多系统实时动态的定位性能分析

随着位置服务的发展,人们对定位精度的需求不断提升. 目前智能手机定位主要依赖于全球卫星导航系统(GNSS)芯片所提供的芯片解,其精度仅为米级. 2016年,谷歌宣布允许开发者获取手机GNSS原始观测数据,为研究手机GNSS高精度定位算法提供了支持. 为探索智能手机多频多系统实时动态(RTK)的定位精度和可靠性,文中基于华为P40智能手机开展了静态和动态环境下的多频多系统RTK的定位性能分析. 结果表明:在静态环境下,智能手机多频多系统的RTK定位精度要优于芯片解,在东(E)、北(N)、天(U)三个方向的定位误差均方根(RMS)分别为0.20 m、0.39 m和0.31 m,比芯片解提高了57%、71%和75%;在动态环境下的定位精度依然能够达到分米级,相比于芯片解在E、N、U三个方向上的定位精度提高了37.84%、47.22%、53.68%.      

复杂环境下智能手机RTK+PDR融合定位

针对室外复杂环境下智能手机定位精度低、抗干扰能力不足的问题,本文利用手机GNSS观测值和手机内置IMU数据,采用RTK和PDR算法融合定位,对比分析了小米8和华为Mate20X两款手机的GNSS数据质量和融合定位算法性能,以及不同观测条件下融合算法的定位精度和稳定性。试验结果表明,在良好和复杂两种观测条件下,采用RTK算法定位精度分别为1.8 m和4.6 m;采用RTK+PDR融合算法定位精度分别为1.2 m和2.6 m,在两种环境下,RTK+PDR融合算法的精度分别提高了50%和76%,即显著提高了智能手机在室外复杂环境下的定位精度。     

Android智能手机GNSS定位性能分析

随着全球卫星导航系统(GNSS)的发展和移动通信技术的进步,用户对位置服务(LBS)提出了更高的要求. 本文采用市面上常见的两部Android智能手机采集GNSS数据,对Android智能手机伪距单点定位(SPP)和单频精密单点定位(PPP)算法进行研究,分析了在不同条件下智能手机的SPP、单频PPP定位性能. 结果表明:在使用多普勒平滑伪距和信噪比随机模型的基础上,Android智能手机GPS单系统的SPP定位精度可达3 m,GPS、Galileo、GLONASS、北斗卫星导航系统(BDS)四系统定位精度可达亚米级. 在单频PPP静态定位中,在GPS单系统下,定位精度仅能达到米级,且收敛时间较长;在GPS、Galileo、GLONASS、BDS四系统下,定位精度可达亚米级,且平面方向可在40 min内收敛. 在单频PPP动态定位中,手机的定位精度仅能达到米级.      

安卓智能手机GNSS数据质量分析

Android系统开放了全球卫星导航系统(GNSS)原始数据观测值,开发人员可以直接通过应用程序编程接口(API)获取GNSS原始观测数据．本文选取小米8和华为P30手机作为研究对象,对手机输出的原始GNSS观测数据进行研究,从多路径效应、数据载噪比方面分析数据质量．实验结果表明:相对于测量型接收机,安卓智能手机的原始观测值载噪比较低且多路径效应严重.