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.      

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。     

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%。     

安卓智能手机原始GNSS参数的数据类型对伪距观测值和手机钟差的影响分析

安卓智能手机的伪距观测值,需要从Android系统API接口GNSS Clock和GNSS Measurement两个类中定义的原始GNSS参数恢复。其中,和伪距观测值有关的原始GNSS参数如FullBiasNanos通常为long类型,包含19位有效数字。在恢复伪距的过程中,使用double数据类型处理原始GNSS参数,会产生舍入误差,从而导致恢复出的伪距观测值不准确。目前,使用广泛的安卓智能手机原始观测值获取程序是Geo++RINEX Logger软件。实验证明：该软件恢复的伪距观测值,存在舍去2位有效数字的舍入误差。在单点定位结果中,舍入误差导致的伪距误差被手机钟差完全吸收,而位置结果不受影响。     

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%.      

地基GNSS电离层层析方法及应用

随着GALILEO、GLONASS和BDS等系统的快速发展,全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satellite System)为电离层层析技术的应用带来大量的观测数据,可弥补单星座条件下地面观测站点少和观测视角有限等不足。本文利用多星座GNSS的观测数据,通过融合定权的方式,提出一种基于地基GNSS的电离层层析方法,求解出高精度的电离层电子含量值。利用该方法反演出欧洲区域上空的电子密度。实验结果表明,多星座GNSS反演的精度要优于使用单GPS数据的结果。并将该方法应用到磁暴探测中,与垂测仪的观测结果进行比较,验证了多星座GNSS电离层层析方法的可行性和优越性。     

智能手机BDS/GPS非差RTK定位软件实现及性能分析

针对当前智能手机终端伪距观测值精度不高和单系统稳定性较差的问题,该文基于安卓(Android)平台开发了一款BDS/GPS融合系统非差RTK定位算法应用程序.该应用程序既可作为手机导航芯片原始观测数据记录软件,也可作为定位算法处理GNSS数据的载体,使终端用户定位方式更加灵活.设计实验对比分析了 BDS单系统、GPS单...     

多星座CORS基站接收机设计及数据质量实时评价

基站为CORS系统提供实时连续的GNSS原始观测数据,基站接收机性能和数据质量是系统运行的基本前提。文中提出一种多星座基站接收机设计方法,利用ARM9处理器搭建嵌入式硬件平台,完成Linux操作系统移植裁剪,集成我国自主的GNSS板卡(UB380)研制出专用接收机(S6535B),该接收机兼容BDS/GPS/GLO三系统八频点数据,具备网络通讯、串行通讯、显示存储等功能模块。该接收机已在天津市CORS工程实践应用,通过多站观测数据分析结果表明,多星座系统的PDOP值小于2,全天多路径效应值MP1小于0.05 m,MP2小于0.17 m,数据完整性大于95%,信噪比SNR1和SNR2大于40 dB/Hz,观测数据质量较好,满足CORS系统使用要求。     

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.     

基于GNSS技术的电离层闪烁实时监测系统设计与实现

设计与实现了一种基于GNSS技术的电离层闪烁实时测量与显示系统,该系统利用GNSS实时观测的原始幅度数据和相位数据。在研究电离层闪烁测量原理的基础上,利用C#语言实现对监测时段内GNSS信号的幅度闪烁和相位闪烁指数的实时监测分析,并且系统自动保存原始观测数据,可用于后期对电离层闪烁的大尺度详细分析。     

GPS/COMPASS组合变形测量性能分析

GNSS系统的定位精度和可靠性在很大程度上依赖于观测到的卫星数量和几何图形分布.在城市、露天矿区和峡谷等地区,由于可观测卫星数少,单一系统的定位精度往往难以满足要求,GNSS多星座组合是解决问题的一个有效措施.选取雅砻江卡拉电站滑坡监测网中的一个监测点,利用实测的COMPASS星历和GPS卫星星历,从可见卫星数目及GDOP值两个角度,对GPS、COMPASS单星座系统以及其组合系统变形测量性能进行了对比分析.实验表明GPS和COMPASS组合系统能够有效改善变形监测精度.     

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.     

单双频智能手机GNSS定位精度分析

为分析单、双频手机在单点定位和动态导航中的差异,本文对单、双频手机观测卫星数、信噪比、静态/动态定位中原始观测值/卡尔曼滤波值进行了对比和分析。试验结果表明,在静态无遮挡的试验条件下,小米MI8双频手机原始观测值较OPPO Reno单频手机定位误差均值减小了1.70 m且能观测到更多的卫星数,进行卡尔曼滤波处理后,单频手机较双频手机而言精度提升更多,两者最终精度相当。而在动态有遮挡的试验条件下,双频较单频定位误差均值减小了5.24 m,进行卡尔曼滤波处理后,两者精度均有明显改善,双频相对单频误差均值减小了0.87 m。     

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.      

GNSS单系统及多系统组合完好性分析

全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)的发展和完善为多星座融合定位、导航和授时提供了重要基础,也为接收机自主完好性监测提供了更有利的外部条件。首先通过星座仿真,分别计算了单频和双频条件下GNSS单系统及组合系统的保护水平;然后分析了全球范围内GNSS不同频率及不同组合方式条件下的保护水平的基本分布情况;最后探讨了在不同频率和组合方式条件下接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring, RAIM)在不同进近阶段的可用性。计算结果表明,单系统单频或双频组合均不能满足垂直制导航性能(localizer performance with vertical guidance 200ft, LPV-200)进近阶段的要求;双系统双频组合可满足LPV-200进近阶段的要求;三系统双频组合可满足具有垂直引导(approach with vertical guidance II,APV-II)的进近阶段的要求,但无法满足精密进近要求;四系统组合相比于三系统组合改善效果不明显。     

Android智能手机实时精密单点定位软件实现及精度分析

随着智能手机的普及和卫星导航定位技术发展,导航定位已成为智能手机必不可少的功能之一。对华为(Huawei)和小米(Xiaomi)双频智能手机Huawei Mate 20/30、Xiaomi 8观测数据进行质量分析,提出了一套适用于手机精密单点定位(precise point positioning, PPP)的质量控制方案,开发了一款基于安卓(Android)平台的实时PPP应用程序。通过实验对比分析了单频与双频、实时与事后手机PPP的定位性能。结果表明,Xiaomi 8和Huawei Mate 20/30手机单频PPP平面方向的定位精度均可达到0.5～0.6 m,高程方向的定位精度为1.0～2.0 m。相比于单频PPP,双频PPP收敛后,其平面与高程方向的定位精度均有提高,且高程方向提升显著。实时与事后PPP在平面方向的定位精度相当,但在高程方向上,事后PPP较实时PPP的定位精度提升20%～40%。     

GPS/Galileo/BDS系统测距信号精度分析与评价

随着Galileo、BDS的建设和GPS的发展完善,多系统多频融合的趋势促进了多模GNSS接收机产业化应用。利用零基线双差法对GPS/Galileo/BDS双频观测值进行测距信号精度评估,通过24h的观测数据分析,结果表明Galileo IOV卫星双频观测值残差值最小,测距信号精度最优,其次是BDS;Galileo与BDS系统载波相位观测精度均优于2mm,伪距观测精度优于0.2m,GPS系统测距信号精度相对较差。同时,通过对比Trimble NET R9、Septentrio POLARX4及Javad TRE_G3TH_8三种不同类型接收机间观测值残差及基线坐标偏差,得出NET R9和POLARX4接收机内部噪声水平相当,TRE_G3TH_8稍差的结论。     

GNSS多系统组合测速模型与精度分析

基于GPS多普勒测速原理,建立了GNSS多系统组合测速数学模型,结合实测数据对GNSS多系统组合的原始多普勒测速、相位一阶中心差分导出多普勒测速及二者组合测速精度进行了分析。结果表明,GNSS多系统组合能够显著提高原始多普勒测速及导出多普勒测速的精度,同时能够在一定范围内提高原始多普勒与导出多普勒组合测速的精度;采用原始多普勒与相位导出多普勒观测值组合,GNSS单系统时能够有效地提高测速精度,GNSS多系统组合效果不明显。      

多模GNSS统一定位关键技术研究及精度分析

在卫星定位中,观测环境的优劣对最终定位结果精度有着显著性影响,单GPS系统因为其可观测卫星颗数少和自身星座分布的共同影响,载波相位周跳频繁,定位解的误差大、可靠性低、稳定性差。本文对多模GNSS(Global Navigation Satellite System)解算中时空系统的统一,组合单点定位模型和差分定位模型等关键技术进行了研究,实现了多模GNSS组合定位,改善了卫星相对于测站的几何分布,环境适应性加强,使得定位精度、系统冗余度和可靠性大幅提高,最后使用车载数据进行实验验证。验证结果表明,多模GNSS观测卫星数相比单GPS系统而言,观测卫星数增加了2倍,PDOP值降低了42%,极大地提高了差分定位解的成功率,固定解比例提高了18.3%。这充分说明了多模GNSS统一定位的可行性和优越性。     

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。