一种基于智能手机的高精度单点定位方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于智能手机的高精度单点定位方法与装置，本发明专利技术方法改进了常规的PPP非组合定位模型，无需GNSS参考站，仅使用智能手机接收的原始GNSS观测值进行高精度定位，属于卫星定位技术领域。本发明专利技术的定位方法包括以下步骤：获取智能手机原始GNSS伪距和载波相位等观测值；在进行数据预处理削弱部分误差影响之后，根据改进的估计双钟差的精密单点定位方法，对原始观测值形成非组合模型；根据卫星高度角确定各卫星观测值权重；通过改进的卡尔曼滤波方法进行滤波定位，得到高精度单点定位结果。使用本发明专利技术提出的定位方法，能够对智能手机实现平面优于0.9m，高程优于1.7m的定位精度，且收敛时间小于30s。

A High Precision Single Point Location Method and Device Based on Smart Phone

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能手机的高精度单点定位方法与装置
本专利技术涉及全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)卫星定位方法，具体涉及一种基于智能手机原始GNSS观测值的高精度单点定位方法与装置。
技术介绍
智能手机等智能手机是如今人们生活中不可或缺的工具，智能手机中的GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球导航卫星系统)模块已经极大地改善了现代人类生活。在GNSS导航定位技术的发展中，导航或定位精度一直是制约其进一步应用于人类生产生活并发挥巨大作用的关键问题，对于智能手机的GNSS导航定位也是如此。由于一直以来智能手机中的GNSS导航定位模块都封装于手机操作系统之中，研究人员只能获取定位最终结果来进行应用层面的开发，因此相对于传统测地型接收机，智能手机原始观测值的分析与定位算法研究都非常缺乏。从2016年开始，谷歌公司在AndroidN操作系统上提供了访问GNSS原始观测数据的接口，学者们开始着手于对智能手机接收的GNSS数据进行质量评估，并对定位性能进行分析。目前国内外学者关于利用原始GNSS观测值实现智能手机高精度定位的研究，主要分为三个方向：1)移动终端GNSS原始观测值数据质量分析；2)综合利用各种类型的GNSS数据，通过滤波的方式提高定位精度；3)利用伪距或载波差分的方式，提升移动终端定位精度。这些研究都是将现有的导航定位增强手段应用到智能手机上来，并且大部分的研究对象都是Android平板电脑，对于普通大众使用的智能手机，目前的定位性能较差。更重要的是，目前还没有根据智能手机原始观测值性质改进现有定位方案的先例。
技术实现思路
专利技术目的：基于以上
技术介绍
，针对测试发现的智能手机伪距观测值和载波观测值变化率不一致的性质，改进PPP(PrecisePointPositioning，精密单点定位)算法，实现高精度的智能手机实时单点定位。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于智能手机的高精度单点定位方法，包括以下步骤：(1)获取智能手机导航定位模块的GNSS伪距和载波相位原始观测值；(2)在进行数据预处理削弱部分误差影响之后，根据改进的估计双钟差的精密单点定位方法，对原始观测值形成非组合观测值模型；(3)根据卫星高度角确定各卫星观测值权重；(4)使用改进的静态卡尔曼滤波进行计算，得到高精度的单点定位结果。在优选的实施方案中，步骤(1)中，利用智能手机操作系统提供的基于位置服务的API直接获取部分GNSS原始数据，包括时间数据、GNSS系统类型和载波相位观测值，然后根据GNSS原始数据中的时间数据通过信号传播时间差值解算出伪距。在优选的实施方案中，步骤(2)中，所削弱的误差影响包括对接收到观测值使用精密星历、精密钟差文件消除轨道误差和卫星钟差，使用电离层格网文件削弱电离层延迟，以及将多路径效应视作观测噪声，所形成的非组合观测值模型为：式中，上标g、e、c分别表示GPS系统、Galileo系统和BDS系统，下标i、j、k表示第i、j、k颗卫星，左侧P、Φ分别为伪距和载波观测值，ρ为手机终端到卫星的距离，c为光速，分别为伪距和载波观测值的移动端钟差，dtrop为对流层延迟，为载波整周模糊度，∈P、∈Φ分别为伪距和载波相位观测值的残差；和分别表示Galileo和BDS系统与GPS系统之间的时间偏差。在优选的实施方案中，步骤(3)中，根据卫星高度角确定各卫星观测值权重的定权方案具体为：当卫星高度角小于10°时，该卫星观测值权重为0；当卫星高度角大于10°时，该卫星观测值权重为sinE，E为卫星高度角。在优选的实施方案中，步骤(4)中，改进的静态卡尔曼滤波具体为：对于单个历元，根据步骤(2)所述的非组合观测值模型，一颗卫星的观测方程数为2个，设某历元观测到GPS卫星n1颗，Galileo卫星n2颗，BDS卫星n3颗，满足n1+n2+n3≥8；此时卡尔曼滤波中待估参数向量为：式中，x、y和z为智能手机位置参数；则观测方程总数为2×(n1+n2+n3)个，待估参数为n1+n2+n3+8个，多余观测数为n1+n2+n3-8个；卡尔曼滤波的观测方程系数阵H为：矩阵H中，行数为2×(n1+n2+n3)，列数为n1+n2+n3-8，下标1至n表示卫星序号，n＝2×(n1+n2+n3)，上标表示GNSS系统类型，g、e、c分别表示GPS系统、Galileo系统和BDS系统；奇数行对应伪距观测值，偶数行对应载波相位观测值；前3列α、β、γ为卫星-移动端的方向余弦，第4、5列为伪距观测值和载波观测值的钟差系数，奇数行第4列为1，偶数行第5列为1；第6、7列为系统间偏差系数，当观测值来自Galileo卫星时，第6列为1，当观测值来自BDS卫星时，第7列为1；MF为对流层湿延迟投影系数；第9列之后为载波相位模糊度系数，奇数行为0，偶数行第i+8列为1，i为卫星序号；滤波过程中各卫星观测值的权重由步骤(3)确定。基于相同的专利技术构思，本专利技术提供的一种基于智能手机的高精度单点定位装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的一种基于智能手机的高精度单点定位方法。有益效果：本专利技术提出一种基于智能手机的高精度单点定位方法，在现有的定位算法上，根据手机端原始GNSS观测值独特性质，优化了非组合PPP观测值模型，能够在不需要参考站的情况下，实现普通智能手机的亚米级定位精度，且收敛速度较快。基于手机端的高精度定位技术，可以向大众用户会提供更好的城市定位、车载导航和旅游交通等用户体验，在正在到来智能互联时代，更高精度的位置服务意味着难以预估的应用前景，物联网、自动驾驶和智慧城市等现代人类生活发展方向中，无一不包含着低成本的位置服务，因此本专利技术具有重大意义。附图说明图1是基于智能手机的高精度单点定位方法的流程图；图2是同步观测的测地型接收机和智能手机的观测值对比图；图3是本专利技术实施例的定位结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。图1为本专利技术实施例公开的基于智能手机的高精度单点定位方法流程图。本实施例中，首先通过Android系统(7.0及以上版本)提供的基于位置服务的API，获取GNSS原始伪距和载波观测值等原始观测值。在进行数据预处理削弱部分误差影响之后，根据改进的估计双钟差的精密单点定位算法，对原始观测值形成非组合PPP模型。然后采用卫星高度角定位模型，确定各卫星观测值权重。最后，使用改进的静态卡尔曼滤波方式，得到高精度、快速收敛的实时单点定位结果。以下叙述详细过程。第一步，通过Android系统提供的基于位置服务的API，获取GNSS伪距和载波相位等原始观测值。首先利用Android系统开发中的android.location包中的GnssMeasurement类与GnssClock类直接获取获取部分GNSS原始数据，包括时间数据、GNSS系统类型、载波相位(表1第1行)、伪距率、载噪比，GnssMeasurement类和GnssClock类包含的原始数据内容如表1、表2所示。表1GnssMeasurement类主要GNSS原始数据表表2Gnss本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于智能手机的高精度单点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取智能手机导航定位模块的GNSS伪距和载波相位原始观测值；(2)在进行数据预处理削弱部分误差影响之后，根据改进的估计双钟差的精密单点定位方法，对原始观测值形成非组合观测值模型；(3)根据卫星高度角确定各卫星观测值权重；(4)使用改进的静态卡尔曼滤波进行计算，得到高精度的单点定位结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于智能手机的高精度单点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取智能手机导航定位模块的GNSS伪距和载波相位原始观测值；(2)在进行数据预处理削弱部分误差影响之后，根据改进的估计双钟差的精密单点定位方法，对原始观测值形成非组合观测值模型；(3)根据卫星高度角确定各卫星观测值权重；(4)使用改进的静态卡尔曼滤波进行计算，得到高精度的单点定位结果。2.根据权利要求1所述的基于智能手机的高精度单点定位方法，其特征在于，步骤(1)中，利用智能手机操作系统提供的基于位置服务的API直接获取部分GNSS原始数据，包括时间数据、GNSS系统类型和载波相位观测值，然后根据GNSS原始数据中的时间数据通过信号传播时间差值解算出伪距。3.根据权利要求1所述的基于智能手机的高精度单点定位方法，其特征在于，步骤(2)中，所削弱的误差影响包括对接收到观测值使用精密星历、精密钟差文件消除轨道误差和卫星钟差，使用电离层格网文件削弱电离层延迟，以及将多路径效应视作观测噪声，所形成的非组合观测值模型为：式中，上标g、e、c分别表示GPS系统、Galileo系统和BDS系统，下标i、j、k表示第i、j、k颗卫星，左侧P、Φ分别为伪距和载波观测值，ρ为手机终端到卫星的距离，c为光速，分别为伪距和载波观测值的移动端钟差，dtrop为对流层延迟，为载波整周模糊度，∈P、∈Φ分别为伪距和载波相位观测值的残差；和分别表示Galileo和BDS系统与GPS系统之间的时间偏差。4.根据权利要求1所述的基于智能手机的高精度单点定位方法，其特征在于，步骤(3)中，根据卫星高度角确定各卫星观测值权重的定权方案具体为：当卫星高度角小于10°时，该卫星观测值权重为0；当...

【专利技术属性】
技术研发人员：高成发，陈波，刘永胜，孙璞玉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32