安卓终端单频GNSS实时广域精密定位算法研究与软件开发

摘要

移动互联网、大数据、云计算、物联网等技术，通过移动终端提供各类智能化应用服务，正在深刻改变大众生活的理念和方式。随着智能终端的大规模普及，进一步挖掘智能终端的定位应用潜力，涌现出智能出行、智能交通、智能健身、智能环保等一大批终端应用服务。目前，国内智能移动终端的Android用户占有率高达86%。但普通Android终端实时定位精度仅为10m。如何提升安卓终端实时定位精度，满足主流移动终端高精度位置服务要求，成为亟待解决的前沿技术问题和迫切应用需求。
　　本文结合Android系统的开源架构和广域精密定位技术的高精度优势，开展了Android移动终端的单频广域精密定位算法研究和应用程序开发。以Android移动终端为应用载体，利用实时广域精密定位技术，在线获取精密轨道、钟差、电离层延迟等改正信息，实现全球范围实时单频定位优于1m的定位精度。完成了实时单频广域精密定位的理论研究、方案设计、试验分析、安卓终端应用开发等工作，大幅提升了Android移动终端定位精度。本文的主要研究内容如下：
　　（1）从普及推广、成本低、集成于智能手机的单频GNSS模块定位应用需求出发，研究总结了单频GNSS实时精密定位原理、模型、算法、流程。阐述了GNSS实时精密轨道、钟差改正信息（State Space Representation，SSR）的生成产品、获取方法，解析了四系统实时精密轨道钟差的改正信息，构建了实时改正数的改正模型。
　　（2）设计了一种米级便捷式单频实时高精度定位方案。该方案通过在线网络仅使用实时精密轨道、钟差改正信息和广播电离层模型，单频实时定位精度达到2m以内，定位结果稳定。相对于普通单频实时定位，定位精度提升了45.5%。该方案不需要事先下载预报产品，使用便捷，可满足2m左右的单频高精度位置服务。
　　（3）设计了一种亚米级单频实时精密定位方案。该方案通过在线网络，使用实时精密轨道、钟差改正信息和格网电离层预报产品，静态单频实时定位精度达到0.5m，动态单频实时定位精度达到1m。相对于普通单频实时定位，动态定位模式精度提升了72%。该方案仅需要事先下载电离层格网预报产品，可满足亚米级单频精密位置服务。
　　（4）针对安卓终端成本低、用户占有率高但精密定位服务及应用程序缺乏的现状，研发了一套面向安卓用户终端的单频GNSS实时精密定位软件。应用Android框架结构，实现了上述米级便捷式、亚米级精密单频定位服务。开发终端串口驱动，读取移动终端RTCM MSM4的BDS卫星原始观测数据。接入网络层差分信息，获取和解析实时轨道、钟差改正。采用单频相位和伪距原始观测量、广播及格网电离层模型参数，实现分米级高精度定位。

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摘 要

Abstract

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Contents

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 广域精密定位发展现状

1.2.2 Android终端定位

1.3 论文结构

2 GNSS广域精密定位原理

2.1 坐标系统与时间系统

2.1.1 坐标系统

2.1.2 时间系统

2.2 定位误差源

2.2.1 与卫星相关的误差

2.2.2 与接收机、测站相关的误差

2.2.3 与信号传播相关的误差

2.3 单频GNSS精密定位

2.3.1 GNSS观测方程

2.3.2 周跳探测

2.3.3 整周模糊度解算方法

2.3.4 参数估计方法

2.4 本章小结

3 Android移动终端GNSS广域精密定位算法

3.1 实时精密轨道和钟差

3.1.1 SSR改正数获取

3.1.2 SSR改正数的信息格式

3.1.3 SSR实时轨道钟差恢复

3.2 Android移动终端定位电离层改正

3.2.1 广播电离层模型

3.2.1 格网电离层模型

3.2.2 单频Android移动终端电离层延迟改正精度评估

3.3 Android移动终端定位

3.3.1 Android移动终端系统架构

3.3.2 Android GNSS广域精密定位算法架构

3.3.4 驱动层实现

3.3.5 硬件抽象层实现

3.3.6 应用层实现

3.4 本章小结

4 Android GNSS实时广域精密定位方案设计与试验分析

4.1 米级便捷式单频实时高精度广域定位

4.1.1 定位方案设计

4.1.2 定位试验及结果分析

4.2 亚米级单频实时精密静态定位

4.2.1 定位方案设计

4.2.2 定位试验及结果分析

4.3 亚米级单频实时精密动态定位

4.3.1 实时单频静态模拟动态试验

4.3.2 实时低速动态试验

4.4 本章小结

5 Android GNSS广域精密定位应用软件介绍

5.1 软件功能设计

5.2 用户界面与定位结果

5.2.1 Android WAAS软件用户界面

5.2.2 Android WAAS软件定位结果展示

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参 考 文 献

致 谢

攻读硕士期间主要成果