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随着智能手机的普及和全球卫星导航定位系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)技术发展,导航与定位已经成为智能手机必不可少的功能,超过一半的手机应用程序需要访问位置信息。考虑到智能可穿戴设备和手机的使用日益增多,大众市场对于智能手机高精度定位的需求也越来越强烈。2016年起,通过谷歌AndroidAPI(Application Programming Interface),开发者可以从智能手机中实时获取GNSS伪距、载波相位、多普勒等观测值。并且在Android9.0及以上的系统版本提供了关闭手机dutycycle的选项。这为智能手机使用有效的伪距和载波相位观测值,进行精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)提供了可能。此外,随着手机GNSS模块升级,越来越多手机开始配备双频甚至三频GNSS芯片,多频观测值可以构造线性组合消除电离层延迟误差,以获得更高的定位精度。但是智能手机采用低成本的线性极化天线,且使用场景复杂多变,这使得手机数据中具有粗差、周跳多、多路径影响严重的特点。传统测量型接收机的数据处理经验,并不适用于消费级的手机GNSS芯片。
针对几款常见的双频智能手机HuaweiMate20/30、Xiaomi8,对其观测数据进行了质量分析,并提出一套适用于手机PPP的质量控制方案。开发了一款基于Android平台的实时PPP应用程序。对提出的质量控制方案进行了验证,并综合分析了手机PPP的定位性能。本文主要的工作和结论如下:
(1)从信噪比、伪距单差残差、载波相位噪声等方面对手机观测数据进行全面深入分析。经分析发现,Mate20和Xiaomi8手机的伪距观测值精度相当,但是Mate20/30的相位观测值精度要明显差于Xiaomi8。
(2)提出了一种适用于智能手机的联合周跳探测方法,并给出了相应的PPP质量控制方案。分析了不同手机API导出的ADRS(AccumulatedDeltaRangeState)标识,发现Xiaomi8的ADRS标识可以较好地标识相位观测值的周跳,而Mate20/30手机的ADRS标识无法进行周跳标识,采用相位历元差分法进一步探测漏探的周跳。结果表明,采用所提出的周跳方法,几款手机均可较好地探测出多维的小周跳。基于该方法,给出了一套手机PPP质量控制方案以及相应的阈值。
(3)开发了一款基于Android平台的实时PPP应用程序。基于Java语言设计和开发了用户交互界面,并介绍了Android原始观测值的获取与生成、实时精密改正数据的接收、JNI(Java Native Interface)开发等技术的实现过程。
(4)采用不同场景下的手机数据进行了质量控制算法的验证。结果表明,采用所提出的质量控制方案,手机SPP和PPP的定位精度均有一定提升。采用所提出的联合周跳探测方法,可以较好地探测出Xiaomi8中ADRS标识漏探的周跳,以及较好地填补了Mate20/30手机ADRS标识几乎无法标识周跳的问题。
(5)综合分析了手机单频和双频、实时和事后PPP的定位性能。结果显示,Xiaomi8双频PPP收敛后三个方向上的定位误差RMS分别为0.38m、0.28m、0.18m,其精度要略高于单频PPP。手机双频PPP具有一定的潜力,但是目前主要受限于观测值个数,其难以应用于实际定位场景。对于手机单频PPP,使用实时和事后产品导致的平面定位精度差异在0.1m左右,使用实时产品在高程方向上的定位精度要差一些,其主要由电离层产品的精度决定。总体上,采用质量控制优化的实时PPP算法,手机在静态场景和动态场景下可实现平面0.5-0.7m、1.5-2m的定位精度。
针对几款常见的双频智能手机HuaweiMate20/30、Xiaomi8,对其观测数据进行了质量分析,并提出一套适用于手机PPP的质量控制方案。开发了一款基于Android平台的实时PPP应用程序。对提出的质量控制方案进行了验证,并综合分析了手机PPP的定位性能。本文主要的工作和结论如下:
(1)从信噪比、伪距单差残差、载波相位噪声等方面对手机观测数据进行全面深入分析。经分析发现,Mate20和Xiaomi8手机的伪距观测值精度相当,但是Mate20/30的相位观测值精度要明显差于Xiaomi8。
(2)提出了一种适用于智能手机的联合周跳探测方法,并给出了相应的PPP质量控制方案。分析了不同手机API导出的ADRS(AccumulatedDeltaRangeState)标识,发现Xiaomi8的ADRS标识可以较好地标识相位观测值的周跳,而Mate20/30手机的ADRS标识无法进行周跳标识,采用相位历元差分法进一步探测漏探的周跳。结果表明,采用所提出的周跳方法,几款手机均可较好地探测出多维的小周跳。基于该方法,给出了一套手机PPP质量控制方案以及相应的阈值。
(3)开发了一款基于Android平台的实时PPP应用程序。基于Java语言设计和开发了用户交互界面,并介绍了Android原始观测值的获取与生成、实时精密改正数据的接收、JNI(Java Native Interface)开发等技术的实现过程。
(4)采用不同场景下的手机数据进行了质量控制算法的验证。结果表明,采用所提出的质量控制方案,手机SPP和PPP的定位精度均有一定提升。采用所提出的联合周跳探测方法,可以较好地探测出Xiaomi8中ADRS标识漏探的周跳,以及较好地填补了Mate20/30手机ADRS标识几乎无法标识周跳的问题。
(5)综合分析了手机单频和双频、实时和事后PPP的定位性能。结果显示,Xiaomi8双频PPP收敛后三个方向上的定位误差RMS分别为0.38m、0.28m、0.18m,其精度要略高于单频PPP。手机双频PPP具有一定的潜力,但是目前主要受限于观测值个数,其难以应用于实际定位场景。对于手机单频PPP,使用实时和事后产品导致的平面定位精度差异在0.1m左右,使用实时产品在高程方向上的定位精度要差一些,其主要由电离层产品的精度决定。总体上,采用质量控制优化的实时PPP算法,手机在静态场景和动态场景下可实现平面0.5-0.7m、1.5-2m的定位精度。