一种面向智能终端的GNSS高精度定位方法技术

本发明专利技术公开了一种面向智能终端的GNSS高精度定位方法，通过测量噪声低且无周跳的多普勒观测值对原始伪距观测值进行平滑，能显著降低智能终端GNSS原始伪距观测量的测量噪声；采用实时精密卫星轨道和钟差改正信息对由广播星历和钟差参数计算得到的卫星轨道与钟差进行精密改，能够显著提高卫星轨道和卫星钟差的计算精度；采用实时精密电离层信息精确地计算电离层延迟信息从而实现对电离层延迟误差的高精度改正，能够实现对电离层延迟误差的高精度改正；采用伪距和载波相位测量不确定度信息进行伪距和载波相位观测量方差，能够更为有效地区分不同卫星观测量的测量精度对定位解算的贡献，最终可以显著提高智能终端，特别是智能手机的定位性能。

A High Precision GNSS Location Method for Intelligent Terminal

The invention discloses a GNSS high-precision positioning method for intelligent terminal, which smoothes the original pseudo-range observation value by measuring the Doppler observation value with low noise and no cycle slip, can significantly reduce the measurement noise of the original pseudo-range observation value of intelligent terminal GNSS, and uses real-time precise satellite orbit and clock error correction information to calculate satellite orbit from broadcast ephemeris and clock error parameters. Precise correction with clock difference can significantly improve the accuracy of satellite orbit and satellite clock difference calculation; accurate correction of ionospheric delay error can be achieved by using real-time precise ionospheric information to accurately calculate ionospheric delay information, and high-precision correction of ionospheric delay error can be achieved; pseudo-range and carrier phase measurement uncertainty information can be used for pseudo-range and carrier phase measurement uncertainty. Bit observation variance can more effectively distinguish the contribution of measurement accuracy of different satellite observations to positioning solution, and ultimately significantly improve the positioning performance of smart terminals, especially smart phones.

【技术实现步骤摘要】
一种面向智能终端的GNSS高精度定位方法
本专利技术属于全球卫星导航系统精密单点定位
，具体涉及一种面向智能终端的GNSS高精度定位方法。
技术介绍
通常情况下，现有卫星导航终端可分为测量型和导航型两类；前者定位精度通常较高，但是其体积大、成本高，仅应用于测绘、地震、气象等特殊行业；后者定位精度通常较低，但其具有成本低、功耗小、体积小、易于集成等优点，广泛应用于大众位置服务，潜在用户量巨大。相对于测量型终端，导航型终端通常仅可获得单频的伪距和载波相位以及多普勒观测值，并且由于其接收天线以及信号捕获与跟踪环路性能差，输出的观测量普遍噪声大、精度低、粗差多，同时载波相位周跳频繁，导致其卫星观测数据质量以及定位性能较测量型终端存在显著差异。目前，以智能手机为代表的广大低成本导航终端主要通过单点自主方式进行定位，一般仅可获得10～20米级精度的定位；特别是在城市复杂环境下，其定位效果甚至更差。卫星导航终端如要获得较高精度的导航定位，主要有两大类技术途径可以采用。一种是基于局域范围内布设的单个或多个连续跟踪参考站的观测数据进行相对定位的方式，即差分相对定位技术，典型的有基于伪距观测量的RTD(Real-TimeDifferential)技术和基于载波相位的RTK(Real-TimeKinematic)或NRTK(NetworkRTK)技术。另一种是基于广域或全球的连续跟踪参考站计算得到的卫星轨道与卫星钟差以及电离层延迟等各类精密误差改正信息(也称增强信息)进行非差单点绝对定位的方式，即精密单点定位(PrecisePointPositioning，PPP)技术。RTK/NRTK技术密切依赖于所建设的区域基准站和地基增强系统，其作业成本高且作业范围受限。PPP技术集成了单点定位和相对定位的技术优点，克服了各自缺点，仅需单机作业、无需布设地面基准站或建设增强系统，可以全球尺度作业。自2016年5月开始，Google公司宣布从Android7操作系统开始将能获得智能终端底层导航芯片的GNSS原始测量信息，在这之前用户只能获得安卓系统的最终定位解算结果。智能终端GNSS原始测量信息的开放给在智能终端上实现高精度的GNSS定位算法提升广大智能手机的定位性能提供了数据基础和可能性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种面向智能终端的GNSS高精度定位方法，可以提高智能终端，特别是智能手机的定位性能。一种面向智能终端的GNSS定位方法，包括如下步骤：步骤1、在定位开始时，从安卓系统获取当前各GNSS系统的各类原始测量信息并计算得到原始伪距、载波相位、多普勒、载噪比、伪距测量不确定度以及载波相位测量不确定度信息；通过网络从服务器获取包括精密卫星轨道、精密卫星钟差以及精密电离层的精密单点定位PPP增强信息；步骤2、利用多普勒观测值对原始伪距进行平滑，得到平滑后的伪距；步骤3、利用接收到的实时精密卫星轨道和精密卫星钟差改正信息对由广播星历参数计算得到的卫星轨道与卫星钟差分别进行改正，从而得到精密的卫星轨道和卫星钟差；同时，利用接收到的实时精密电离层信息计算得到精确的电离层延迟量；步骤4、利用步骤3中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差，对平滑后的伪距中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正；利用步骤3中计算得到的精确电离层延迟量对平滑后的伪距中的电离层延迟误差项进行精密改正；步骤5、依据智能终端GNSS模块给出的伪距测量不确定度信息或信号载噪比信息计算各卫星伪距观测量的方差；步骤6、基于步骤4获得的经精密误差改正后的伪距观测量，以及步骤5获得的伪距观测量的方差，按照伪距单点定位SPP方式解算得到用户三维坐标以及接收机钟差的单点定位SPP解；步骤7、将步骤6得到的伪距单点定位SPP解用于精密单点定位PPP解算中的用户坐标和接收机钟差两类待估参数的状态更新；步骤8、利用步骤3中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差分别对平滑后的伪距和原始载波相位中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正；利用步骤3中计算得到的精确的电离层延迟量分别对平滑后的伪距和原始载波相位中的电离层延迟误差项进行精密改正；步骤9、依据智能终端GNSS模块给出的伪距和载波相位的测量不确定度信息或信号载噪比信息分别计算各卫星伪距以及载波相位观测量的方差；步骤10、基于步骤9获得的各卫星伪距以及载波相位观测量的方差，以及步骤8得到的经精密误差改正后的伪距观测量和载波相位观测量，按照精密单点定位PPP方式解算得到用户三维坐标、接收机钟差以及浮点载波相位模糊度的精密单点定位PPP解；步骤11、判断精密单点定位PPP解算是否成功，成功则输出精密单点定位PPP解，反之则输出伪距单点定位SPP解，此时完成一个观测历元内的定位解算，进入到下一个历元的定位解算。进一步的，所述步骤1中，对各GNSS系统的各类原始测量信息进行数据的有效性检查以剔除无效数据。较佳的，所述步骤4中，伪距中除卫星轨道误差项、卫星钟差误差项以及电离层延迟误差项以外的测量误差源项按照伪距单点定位的现有通用模型进行改正。进一步的，所述步骤7中，通过安卓标准接口获取智能终端的速度信息对用户的运动状态进行判断：当判断用户处于静止状态时，则按照静态精密单点定位PPP解算模式对用户坐标参数按照常数模型进行估计；而当用户处于运动状态时则按照动态精密单点定位PPP解算模式对用户坐标参数按照白噪声模型进行估计。较佳的，所述步骤8中，对于平滑后伪距和原始载波相位中除卫星轨道误差项、卫星钟差误差项以及电离层延迟误差项以外的其余的测量误差源项，按照精密单点定位的现有通用模型进行改正。较佳的，所述步骤5和步骤9中，卫星的伪距观测量的方差为：其中，ReceivedSvTimeUncertaintyNanos表示GNSS芯片对伪距的测量不确定度；卫星的载波相位观测量的方差为：其中，AccumulatedDeltaRangeUncertaintyMeters表示GNSS芯片对积分距离变化量的测量不确定度。较佳的，所述步骤5和步骤9中，基于卫星信号载噪比的伪距观测量的方差计算公式为：式中，CN0为卫星信号的载噪比；MAX[·]为求最大值函数；σ0,P表示卫星伪距观测量的测量噪声标准差；基于卫星信号载噪比的载波相位观测量的方差计算公式为：表示卫星载波相位观测量的测量噪声标准差；较佳的，σ0,P＝3.0m，σ0,Φ＝0.01m。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提出了在以智能手机为代表的智能终端设备上实现实时非差高精度定位的解决方法，用于解决以广大智能手机为代表的智能终端设备定位精度不高的问题。总体技术解决方案包括以下几个关键点：1)通过测量噪声低且无周跳的多普勒观测值对原始伪距观测值进行平滑，从而显著降低伪距测量噪声；2)采用实时精密卫星轨道和钟差改正信息对由广播星历和钟差参数计算得到的卫星轨道与钟差进行精密改正得到精密的卫星轨道和卫星钟差；3)采用实时精密电离层信息精确地计算电离层延迟信息从而实现对电离层延迟误差的高精度改正；4)采用智能终端GNSS模块给出的伪距和载波相位测量不确定度信息进行伪距和载波相位观测量方差的计算，更为有效地区分不同卫星观测量的测量精度对定位解算的贡献。综上，本专利技术的定位方法具有如下有益效果：1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向智能终端的GNSS定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在定位开始时，从安卓系统获取当前各GNSS系统的各类原始测量信息并计算得到原始伪距、载波相位、多普勒、载噪比、伪距测量不确定度以及载波相位测量不确定度信息；通过网络从服务器获取包括精密卫星轨道、精密卫星钟差以及精密电离层的精密单点定位PPP增强信息；步骤2、利用多普勒观测值对原始伪距进行平滑，得到平滑后的伪距；步骤3、利用接收到的实时精密卫星轨道和精密卫星钟差改正信息对由广播星历参数计算得到的卫星轨道与卫星钟差分别进行改正，从而得到精密的卫星轨道和卫星钟差；同时，利用接收到的实时精密电离层信息计算得到精确的电离层延迟量；步骤4、利用步骤3中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差，对平滑后的伪距中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正；利用步骤3中计算得到的精确电离层延迟量对平滑后的伪距中的电离层延迟误差项进行精密改正；步骤5、依据智能终端GNSS模块给出的伪距测量不确定度信息或信号载噪比信息计算各卫星伪距观测量的方差；步骤6、基于步骤4获得的经精密误差改正后的伪距观测量，以及步骤5获得的伪距观测量的方差，按照伪距单点定位SPP方式解算得到用户三维坐标以及接收机钟差的单点定位SPP解；步骤7、将步骤6得到的伪距单点定位SPP解用于精密单点定位PPP解算中的用户坐标和接收机钟差两类待估参数的状态更新；步骤8、利用步骤3中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差分别对平滑后的伪距和原始载波相位中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正；利用步骤3中计算得到的精确的电离层延迟量分别对平滑后的伪距和原始载波相位中的电离层延迟误差项进行精密改正；步骤9、依据智能终端GNSS模块给出的伪距和载波相位的测量不确定度信息或信号载噪比信息分别计算各卫星伪距以及载波相位观测量的方差；步骤10、基于步骤9获得的各卫星伪距以及载波相位观测量的方差，以及步骤8得到的经精密误差改正后的伪距观测量和载波相位观测量，按照精密单点定位PPP方式解算得到用户三维坐标、接收机钟差以及浮点载波相位模糊度的精密单点定位PPP解；步骤11、判断精密单点定位PPP解算是否成功，成功则输出精密单点定位PPP解，反之则输出伪距单点定位SPP解，此时完成一个观测历元内的定位解算，进入到下一个历元的定位解算。...

【技术特征摘要】
1.一种面向智能终端的GNSS定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在定位开始时，从安卓系统获取当前各GNSS系统的各类原始测量信息并计算得到原始伪距、载波相位、多普勒、载噪比、伪距测量不确定度以及载波相位测量不确定度信息；通过网络从服务器获取包括精密卫星轨道、精密卫星钟差以及精密电离层的精密单点定位PPP增强信息；步骤2、利用多普勒观测值对原始伪距进行平滑，得到平滑后的伪距；步骤3、利用接收到的实时精密卫星轨道和精密卫星钟差改正信息对由广播星历参数计算得到的卫星轨道与卫星钟差分别进行改正，从而得到精密的卫星轨道和卫星钟差；同时，利用接收到的实时精密电离层信息计算得到精确的电离层延迟量；步骤4、利用步骤3中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差，对平滑后的伪距中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正；利用步骤3中计算得到的精确电离层延迟量对平滑后的伪距中的电离层延迟误差项进行精密改正；步骤5、依据智能终端GNSS模块给出的伪距测量不确定度信息或信号载噪比信息计算各卫星伪距观测量的方差；步骤6、基于步骤4获得的经精密误差改正后的伪距观测量，以及步骤5获得的伪距观测量的方差，按照伪距单点定位SPP方式解算得到用户三维坐标以及接收机钟差的单点定位SPP解；步骤7、将步骤6得到的伪距单点定位SPP解用于精密单点定位PPP解算中的用户坐标和接收机钟差两类待估参数的状态更新；步骤8、利用步骤3中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差分别对平滑后的伪距和原始载波相位中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正；利用步骤3中计算得到的精确的电离层延迟量分别对平滑后的伪距和原始载波相位中的电离层延迟误差项进行精密改正；步骤9、依据智能终端GNSS模块给出的伪距和载波相位的测量不确定度信息或信号载噪比信息分别计算各卫星伪距以及载波相位观测量的方差；步骤10、基于步骤9获得的各卫星伪距以及载波相位观测量的方差，以及步骤8得到的经精密误差改正后的伪距观测量和载波相位观测量，按照精密单点定位PPP方式解算得到用户三维坐标、接收机钟差以及浮点载波相位模糊度的精密单点定位PPP解；步骤11、判断精密单点定位PPP解算是否成功，成功则输出精密单点定位PPP解，反之则输出伪距单点定位SP...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子申，汪亮，王宁波，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11