【摘 要】
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随着社会的发展,人们日常生活中对位置服务信息需求的不断提高,能提供位置信息的智能手机无疑会为大多数人所依赖。目前智能手机用户量最大的为安卓智能手机,全球用户已经突破20亿,且这一数字正在逐年增加。安卓智能手机拥有丰富的定位传感器,但GNSS定位模块使用最广泛。早期安卓智能手机GNSS定位精度仅为4-8m,只能满足一般用户的精度要求,且开发者只能获得安卓手机内部PVT模块输出的位置、速度等信息。但随
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随着社会的发展,人们日常生活中对位置服务信息需求的不断提高,能提供位置信息的智能手机无疑会为大多数人所依赖。目前智能手机用户量最大的为安卓智能手机,全球用户已经突破20亿,且这一数字正在逐年增加。安卓智能手机拥有丰富的定位传感器,但GNSS定位模块使用最广泛。早期安卓智能手机GNSS定位精度仅为4-8m,只能满足一般用户的精度要求,且开发者只能获得安卓手机内部PVT模块输出的位置、速度等信息。但随着谷歌2016年宣布安卓7及以后版本支持GNSS原始观测值输出（包括伪距、载波、多普勒观测值）,这使得利用安卓智能手机实现高精度定位成为可能。自此之后,国内外许多研究人员对安卓智能手机的GNSS数据质量及定位算法开展了深入研究,但大多都仅研究了观测环境良好条件下手机的定位性能,还需进一步深入研究复杂环境下安卓智能手机的GNSS数据质量及定位精度。本文围绕安卓智能手机在不同环境下GNSS数据质量及定位算法展开研究,主要的工作与结论如下:（1）总结了国内外关于智能手机GNSS定位的研究现状,分析了利用安卓智能手机获取连续可靠高精度定位的难点。重点阐述了安卓智能手机GNSS模块的架构与GNSS数据获取的接口,GPS/GLONASS/BDS/Galileo/QZSS等系统时间框架的统一方法,以及通过GNSS数据接口获取并生成伪距/载波相位/多普勒观测值的原理和方法。（2）从卫星跟踪数、双频数据可用率、数据完整率、信噪比、多路径、周跳、观测值噪声等方面深入分析了安卓智能手机在不同环境下的GNSS观测数据质量。分析得到以下结论:智能手机跟踪到具有双频观测数据的卫星数远少于具有单频观测数据的卫星数,GPS/QZSS、Galileo系统双频数据可用率分别主要受观测到L5、E5a频率卫星数的限制;而L5、E5a频率伪距多路径误差则远小于其他系统频率;各频率观测值信噪比大部分在25-35d BHz之间,且与卫星高度角呈弱相关性,GPS/QZSS L5及Galileo E5a频率信噪比小于相应卫星的L1、E1频率;安卓智能手机载波相位观测值频繁发生周跳,即使在开阔环境下各频率周跳比也都在5%以上;BDS B1/GPS L1/QZSS L1伪距观测值噪声普遍在1.5-1.6m区间;Galileo卫星的伪距观测值噪声基本都在1m以下;GLONSS系统伪距观测值噪声在3-5m之间;不同卫星系统各频率的载波相位观测值噪声都在0.095周以下。（3）简要介绍了SPP/PPP单频及双频定位的函数模型、参数估计方法、随机模型及相关误差源的改正模型与方法。同时,也论述了单频/双频观测数据探测周跳的原理及方法。考虑到伪距观测值噪声大,本文研究了载波相位/多普勒观测值平滑伪距的方法,并在此基础上实现了载波相位/多普勒观测值平滑伪距SPP定位算法,以及一套适用于智能手机的PPP定位算法。（4）分析了安卓智能手机在不同环境下SPP的定位结果,得到以下结论:采用信噪比定权处理结果优于高度角定权的处理结果;在开阔环境下,载波相位观测值平滑伪距可以有效提高SPP定位精度,但在遮挡严重区域效果不大;多普勒观测值平滑伪距在开阔及遮挡环境下都能有效提高SPP定位精度。对于具有双频观测数据的GPS/Galileo/QZSS卫星,GPS/QZSS L5、Galileo E5a频率观测值组合SPP定位精度最高,其次是GPS/QZSS L1、Galileo E1频率观测值组合,最低的是GPS/QZSS L1/L5、Galileo E1/E5a双频无电离层组合观测值。（5）分析了安卓智能手机在不同环境下的PPP定位结果。在开阔环境下,参与解算的卫星数越多,PPP收敛的速度越快;但单系统及双系统组合定位的结果显得不稳定;在遮挡严重的环境下,即使是GPS/BDS/GLONASS/Galileo/QZSS系统组合PPP的定位结果也不能收敛。在开阔环境下,GPS/BDS/GLONASS/Galileo/QZSS系统组合的定位精度最高,定位精度可达亚米级;由于双频卫星数少导致GPS/Galileo/QZSS组合系统双频无电离层模型的PPP定位精度低于的单频PPP定位精度,但随着观测时间的延长,双频PPP结果较平稳;在遮挡严重的区域,PPP的定位精度相较于SPP有了显著的提高,但仍然不能满足高精度应用的需求。
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