一种基于Android智能手机的高精度RTK定位方法技术

本发明专利技术提供一种基于Android智能手机的高精度RTK定位方法，利用Android智能手机以及测地型接收机，对GNSS观测数据进行同步采集；利用零基线对Android智能手机的加权参数进行评估，依据搭载的不同导航芯片对Android智能手机择优选取随机模型；对能够提供原始标准差ROSTD的智能手机，采用基于ROSTD的加权模式；对于无法提供ROSTD的智能手机，采用高度角加权模式；利用零短基线探测Android智能手机双差模糊度的整周特性，并采用拟合方法修复载波相位观测值；利用随机模型和修复后的载波相位观测值，构建RTK定位模型并解算，从而提高RTK定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Android智能手机的高精度RTK定位方法
本专利技术属于高精度RTK定位
，具体涉及一种基于Android智能手机的高精度RTK定位方法。
技术介绍
随着大众位置服务需求的增长以及低成本导航芯片的快速发展，高精度智能手机定位备受关注。但由于硬件条件的限制，表征信号强度的智能手机观测值载噪比(C/N0)相对于测地型接收机低7.5-10dB-Hz，且在类似的观测条件下，智能手机的伪距观测值噪声比测地型接收机要高出一个数量级。不同于伪距观测值，智能手机载波相位观测值的观测噪声仅为测地型接收机的三倍达到0.04周。虽然智能手机载波相位观测值的观测精度高，但基于手机的RTK定位受限于其载波相位观测值没有整数特性，这对模糊度固定产生了很大的阻碍。在这样的技术条件下，目前基于智能手机导航定位的应用大多局限于伪距单点定位。若要改善智能手机定位精度，主要靠两个方面，一是选取合适的定位模型包括随机模型，二是合理利用具有高精度定位潜力的载波相位观测值。针对于定位模型，双差模型由于其消除了卫星端和接收机端的公共误差而被广泛使用，同时测地型接收机与智能手机进行双差可更好地凸显智能手机各项观测值特性。在随机模型选取上，由于手机内部低成本硬件的特点，其数据质量对卫星高度角的依赖性表现的并没有那么明显，这意味着传统的高度角加权模型可能不再适用于智能手机。针对于载波相位观测值，目前智能手机已经可以支持接收连续的载波相位观测值，若要实现高精度定位，载波相位观测值的整周模糊度解算是必不可少的，但整周模糊度解算的前提是其具有整数特性，目前的智能手机模糊度并不具有整周特性，严重阻碍了高精度定位的发展。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于Android智能手机的高精度RTK定位方法，提高手机定位的精度。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于Android智能手机的高精度RTK定位方法，本方法包括以下步骤：S1、GNSS观测数据同步采集：利用Android智能手机以及测地型接收机，对GNSS观测数据进行同步采集；其中，GNSS观测数据是指全球卫星导航系统GNSS或区域卫星导航系统RNSS发射的数据，数据包括码、相位、多普勒观测值以及信号强度C/N0；S2、利用零基线对Android智能手机的加权参数进行评估，依据搭载的不同导航芯片对Android智能手机择优选取随机模型；其中，对能够提供原始标准差ROSTD的智能手机，采用基于ROSTD的加权模式；对于无法提供ROSTD的智能手机，采用高度角加权模式；S3、利用零短基线探测Android智能手机双差模糊度的整周特性，并采用拟合方法修复载波相位观测值；S4、利用S2的随机模型和S3修复后的载波相位观测值，构建RTK定位模型并解算。按上述方法，所述的S1具体为：利用Android智能手机和测地型接收机作为硬件平台，利用信号增益器连接测地型天线和Android智能手机，从而增强智能手机观测数据信号强度，同时与测地型接收机构成零短基线同步采集所述的GNSS数据。按上述方法，Android智能手机和测地型接收机的采样率均为1秒。按上述方法，所述的全球卫星导航系统GNSS为北斗卫星导航BDS系统或GPS系统，区域卫星导航系统为QZSS系统。按上述方法，所述的高度角加权模式具体为：卫星i的基于高度角加权观测值的先验标准差表示为：其中，σ0表示天顶方向的观测值标准差，E表示卫星高度角。基于所述的先验标准差得出基于高度角加权GNSS单点定位随机模型Qel：式中，至表示卫星1至卫星n的基于高度角加权观测值的先验标准差。按上述方法，所述的基于ROSTD的加权模式具体为：卫星i的观测值标准差计算方法为：其中，ReceivedSvTimeUncertaintyNanos为智能手机原始数据文件中所包含的特定参数，由能够提供ROSTD的智能手机的导航芯片提供，c表示光速；基于观测值标准差得出基于ROSTD加权GNSS单点定位随机模型QROSTD：用j和q分别表示参考卫星与参考站，参考卫星选取高度角最高的卫星，参考站选取测地型接收机；利用误差传播率得到卫星i、参考卫星j和智能手机s、测地型接收机q间的RTK双差观测值随机模型：其中，按上述方法，所述的S3具体为：提取智能手机载波相位观测值的双差残差小数部分：其中，[·]表示取整算子，分别表示卫星i、参考卫星j和智能手机s、测地型接收机q间的双差载波观测值，双差站星距以及双差模糊度；λ表示载波相位信号波长；ε和εf分别为双差载波相位观测值噪声和双差载波相位观测值小数部分噪声与未建模误差；利用最小二乘线性拟合法拟合其漂移特性；最小二乘线性拟合的条件为拟合直线序列与其对应的实测值间的差值平方和最小，即：其中，n为观测时间序列的所有历元数，Φf,i表示i历元处载波相位观测值双差残差小数部分实测值，表示i历元处的线性拟合值；线性拟合后，将实测值减去相应的线性拟合值得到载波相位修正参数，从而修正载波相位观测值：从而使得修正后的载波相位观测值具备整数特性。按上述方法，所述的S4具体为：GNSS观测数据的原始观测方程表示为：其中，和表示卫星i与接收机之间的载波和伪距观测值，接收机包括测地型接收机和智能手机；为站星距，即智能手机或测地型接收机与卫星i之间的距离；λ，分别为载波相位波长及模糊度；ti和ts分别为卫星钟差和接收机钟差；分别为对流层延迟和电离层延迟；此外，为多路径误差，分别表示观测值噪声以及未建模误差；由此推导的基于双差GNSS观测数据的观测方程表示为：其中，用j和q分别表示参考卫星与参考站，参考卫星选取高度角最高的卫星，参考站选取测地型接收机；短基线处理中大气延迟设置为0；由双差GNSS观测数据的观测方程推导得出线性化方程，并将双差载波观测值替换为S3中所述修复后的载波相位观测值为：其中，X与为待求参数，下面将待求参数的系数矩阵统一用H表示，为由站近似坐标计算得到的双差站星距；基于双差GNSS观测数据的观测方程线性化方程以及S2所述随机模型得出的智能手机RTK位置解为：其中，x0为单点定位得出的近似坐标，H为待求参数系数矩阵，为S2中推导的RTK随机模型所对应的观测值方差协方差阵，L为双差观测值与由站近似坐标得出的双差站星距间的残差。本专利技术的有益效果为：本专利技术基于智能手机观测值，通过观测值评估的方法验证基于智能手机内部提供的特定参数所构建的ROSTD加权模型的合理性，为智能手机选取更为合适的随机模型；此外，通过提取载波相位双差残差的方法验证智能手机载波相位观测值的整周特性，通过拟合方法修复载波相位观测值，并结合载波相位观测值特性证实模糊度固定的可行性，在此基础上实现高精度RT本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Android智能手机的高精度RTK定位方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：/nS1、GNSS观测数据同步采集：/n利用Android智能手机以及测地型接收机，对GNSS观测数据进行同步采集；其中，GNSS观测数据是指全球卫星导航系统GNSS或区域卫星导航系统RNSS发射的数据，数据包括码、相位、多普勒观测值以及信号强度C/N0；/nS2、利用零基线对Android智能手机的加权参数进行评估，依据搭载的不同导航芯片对Android智能手机择优选取随机模型；/n其中，对能够提供原始标准差ROSTD的智能手机，采用基于ROSTD的加权模式；对于无法提供ROSTD的智能手机，采用高度角加权模式；/nS3、利用零短基线探测Android智能手机双差模糊度的整周特性，并采用拟合方法修复载波相位观测值；/nS4、利用S2的随机模型和S3修复后的载波相位观测值，构建RTK定位模型并解算。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Android智能手机的高精度RTK定位方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：
S1、GNSS观测数据同步采集：
利用Android智能手机以及测地型接收机，对GNSS观测数据进行同步采集；其中，GNSS观测数据是指全球卫星导航系统GNSS或区域卫星导航系统RNSS发射的数据，数据包括码、相位、多普勒观测值以及信号强度C/N0；
S2、利用零基线对Android智能手机的加权参数进行评估，依据搭载的不同导航芯片对Android智能手机择优选取随机模型；
其中，对能够提供原始标准差ROSTD的智能手机，采用基于ROSTD的加权模式；对于无法提供ROSTD的智能手机，采用高度角加权模式；
S3、利用零短基线探测Android智能手机双差模糊度的整周特性，并采用拟合方法修复载波相位观测值；
S4、利用S2的随机模型和S3修复后的载波相位观测值，构建RTK定位模型并解算。


2.根据权利要求1所述的高精度RTK定位方法，其特征在于：所述的S1具体为：利用Android智能手机和测地型接收机作为硬件平台，利用信号增益器连接测地型天线和Android智能手机，从而增强智能手机观测数据信号强度，同时与测地型接收机构成零短基线同步采集所述的GNSS数据。


3.根据权利要求2所述的高精度RTK定位方法，其特征在于：Android智能手机和测地型接收机的采样率均为1秒。


4.根据权利要求1所述的高精度RTK定位方法，其特征在于：所述的全球卫星导航系统GNSS为北斗卫星导航BDS系统或GPS系统，区域卫星导航系统为QZSS系统。


5.根据权利要求1所述的高精度RTK定位方法，其特征在于：所述的高度角加权模式具体为：卫星i的基于高度角加权观测值的先验标准差表示为：



其中，σ0表示天顶方向的观测值标准差，E表示卫星高度角；
基于所述的先验标准差得出基于高度角加权GNSS单点定位随机模型Qel：



式中，至表示卫星1至卫星n的基于高度角加权观测值的先验标准差。


6.根据权利要求1所述的高精度RTK定位方法，其特征在于：所述的基于ROSTD的加权模式具体为：卫星i的观测值标准差计算方法为：



其中，ReceivedSvTimeUncertaintyNanos为智能手机原始数据文件中所包含的特定参数，由能够提供ROSTD的智能手机的导航芯片提供，c表示光速；
基于观测值标准差得出基于ROSTD加权GNSS单点定位随机模型QROSTD：

【专利技术属性】
技术研发人员：高睿，张宝成，
申请(专利权)人：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42