【摘要】：目前,全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GNSS)芯片幾乎搭載在每個智能手機(jī)、平板電腦等移動智能終端中�；谄渌苌鰜淼奈恢梅⻊�(wù)(Location Based Services,LBS)移動應(yīng)用,如社交軟件分享位置、行人/車載導(dǎo)航、精準(zhǔn)營銷等,豐富和充實了每個人的日常生活。自2016年起,谷歌Google公司在其發(fā)布的面向移動設(shè)備的Android Nougat 7.0及以上版本的操作系統(tǒng)中提供了原始GNSS觀測值(如C1偽距觀測值、L1載波相位觀測值、D1多普勒觀測值)的獲取接口。這將意味著,手機(jī)中的GNSS模塊已經(jīng)對于開發(fā)者不再是以前的只能輸出位置、速度、方向等導(dǎo)航定位信息的“黑盒子”。因此,開發(fā)者能夠?qū)χ悄芙K端的導(dǎo)航定位性能做更深層次的優(yōu)化。此外,智能手機(jī)的GNSS硬件模塊質(zhì)量也在不斷提升。自2018年起,手機(jī)廠商陸續(xù)推出了雙頻L1/L5智能手機(jī),如Xiaomi 8、Huawei MATE20等。L5頻點觀測值的加入,使得智能終端可以采用雙頻無電離層組合來消除電離層延遲影響。另外,L5具有波長長、信號強(qiáng)度衰減小,碼元周期長且速率快等特點,使得其抗多路徑效應(yīng)能力更強(qiáng),更適合于高樓林立、多路徑效應(yīng)嚴(yán)重的城市復(fù)雜環(huán)境導(dǎo)航定位。然而,與GNSS測量型接收機(jī)所不同的是,智能手機(jī)通常采用體積小的線性極化天線和低功耗的GNSS芯片。這勢必會影響到GNSS觀測值的質(zhì)量及其特征,從而會影響到定位的精度及可靠性。本文針對市場上常見的單頻/雙頻智能手機(jī)的GNSS觀測值進(jìn)行全面深入的質(zhì)量分析。隨后,結(jié)合其特有的質(zhì)量特征,提出了一種基于智能手機(jī)GNSS觀測值的連續(xù)平滑定位算法,并通過相關(guān)的單頻/雙頻手機(jī)的動態(tài)數(shù)據(jù),驗證了該算法的可行性。本文的主要工作與結(jié)論如下:(1)闡述了基于大眾用戶的智能手機(jī)導(dǎo)航定位的研究背景;總結(jié)了目前制約智能手機(jī)精密定位的難點及痛點;梳理了近些年來國內(nèi)外關(guān)于智能手機(jī)觀測質(zhì)量評估及定位算法的研究現(xiàn)狀。(2)簡要概述GPS、BDS、GALILEO、GLONASS、QZSS各個系統(tǒng)的時空基準(zhǔn)并給出了其統(tǒng)一方法;針對目前市場上的單頻、雙頻智能手機(jī),提出了“L1/L5無電離層組合”和“L1/L5非組合”兩種多頻多系統(tǒng)偽距單點定位基本模型;簡要概述了卡爾曼濾波進(jìn)行參數(shù)估計的基本模型。(3)簡要闡述了智能手機(jī)GNSS模塊的基本結(jié)構(gòu)和Android原始GNSS觀測值的獲取及生成方法;從衛(wèi)星跟蹤情況、信噪比、偽距單差殘差、duty cycle、測速分析等多方面對單頻/雙頻手機(jī)的GNSS觀測值進(jìn)行全面深入分析。經(jīng)分析得知,智能手機(jī)的GNSS偽距觀測值精度低且粗差較多,遠(yuǎn)不如測量型接收機(jī)。另外,其相位、多普勒精度較高,其測速精度在部分情況可達(dá)到cm/s。(4)根據(jù)智能手機(jī)特有的偽距觀測值質(zhì)量特征,建立了相應(yīng)的隨機(jī)模型,并研究給出了一些適用于智能手機(jī)GNSS原始觀測值的數(shù)據(jù)預(yù)處理策略。(5)基于市場上常見的智能手機(jī)GNSS原始觀測值的分析結(jié)果,提出了一種基于GNSS原始觀測值并顧及duty cycle的單頻/雙頻智能手機(jī)連續(xù)平滑定位算法。其本質(zhì)為通過載波相位歷元差分、多普勒測速來提供精確的前后歷元的載體位置變化量從而到達(dá)平滑偽距在絕對定位中的噪聲項的目的。隨后,通過采用單頻Google Nexus 9、Huawei P10、Samsung S8,雙頻Huawei MATE20、Xiaomi 8智能手機(jī)的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的算法驗證。結(jié)果表明,單頻定位精度能夠在平面達(dá)到3-4m,高程方向3-5m的定位精度。雙頻手機(jī)定位精度優(yōu)于單頻結(jié)果,平面高程分別為2-3m、3m。單頻/雙頻智能手機(jī)的定位結(jié)果連續(xù)、平滑、具有良好導(dǎo)航用戶體驗。
【圖文】：

圖3-1 GNSS接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖Nougat 7.0提供了android.location API 24 可以獲得原始數(shù)據(jù)包含了基帶信號處理模塊的詳細(xì)過程信息。這即可得到需要的偽距、載波相位等觀測信息。在之前們來講像是“黑盒子”，只能輸出PVT結(jié)果、各個衛(wèi)息�，F(xiàn)在，我們可以獲得除了生成偽距、相位等必要機(jī)硬件層面上的衡量觀測值質(zhì)量情況的檢核信息。這定位算法研究帶來了很好的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。id GNSS觀測值獲取及生成oid.location結(jié)構(gòu)介紹

圖3-1 GNSS接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖Android Nougat 7.0提供了android.location API 24 可以獲得原始數(shù)據(jù)、星歷信息。這些原始數(shù)據(jù)包含了基帶信號處理模塊的詳細(xì)過程信息。這些信息需要進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換即可得到需要的偽距、載波相位等觀測信息。在之前，手機(jī)的內(nèi)置GNSS模塊對我們來講像是“黑盒子”，只能輸出PVT結(jié)果、各個衛(wèi)星高度角、信號比等有限信息�，F(xiàn)在，，我們可以獲得除了生成偽距、相位等必要觀測信息，還可以達(dá)到接收機(jī)硬件層面上的衡量觀測值質(zhì)量情況的檢核信息。這給基于大眾智能終端的導(dǎo)航定位算法研究帶來了很好的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。3.1.2 Android GNSS觀測值獲取及生成3.1.2.1 android.location結(jié)構(gòu)介紹
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P228.4

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本文編號：2675815