基于内部传感器信息辅助的智能手机高精度定位研究

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随着智能设备的快速发展,人们对手机和智能穿戴设备提供的定位质量越来越重视。然而当前智能手机提供的定位精度有限,在一些遮挡严重的情况下无法提供服务,严重影响了用户的使用。一种可行的解决方案是结合手机内部传感器进行组合导航,提高手机定位的稳定性。由于手机内部传感器性能较低,较少的研究涉及到手机内部传感器与GNSS(Global Navigation Satellite System)的组合定位。随着近几年智能设备的爆发式发展,消费市场上对手机实现高精度、高稳定性导航定位的需求变得愈加强烈。因此研究内部传感器信息辅助的手机高精度定位具有重要的市场价值。本论文主要研究工作如下:(1)手机GNSS观测数据的质量分析。通过与测量型接收机的接收情况进行对比,分析了智能手机在多个方面与测量型接收机的差异。其中包括可视卫星数量、双频信号卫星数量、载噪比分布和多路径误差分布。(2)对智能手机加速度和角速度数据进行降噪处理。使用小波降噪的方法对手机输出加速度和角速度信息进行处理,并通过实验测试了数据降噪对手机组合导航结果的影响。结果表明,降噪处理后在位置、速度和姿态上都有着较为明显的提升。(3)验证了手机在静态、动态场景中的PPP(Precise Point Positioning)定位精度。结果表明:在静态场景中,手机在东、北、天三个方向位置误差RMS值分别为0.30米、0.60米和0.61米;动态场景中,手机在东、北、天三个方向位置误差RMS值分别为2.02米、1.96米、3.95米。(4)测试了手机内置传感器航位推算能力。结果表明:当GNSS数据中断10秒,水平精度依旧能够维持在10米以内;当数据中断25秒,高程精度能够维持在10米以内。(5)测试了手机内置传感器信息辅助的组合定位性能。使用城市环境实测车载数据对组合定位性能进行了测试。从结果看,通过添加手机加速度和角速度信息提升了 PPP解算过程中的定位稳定性,同时在环境遮挡严重的情况下提高了输出短时高精度的定位结果的能力。综上所述,本文以手机PPP定位技术为基础,进行了数据降噪处理,实现了内部传感器信息辅助的手机组合导航功能。该方法能够削弱因外部环境对手机定位精度的影响,提高手机定位精度的稳定性,增强在市区复杂场景的输出结果能力。本文研究成果可以为大众级市场导航应用、低成本组合导航、增强现实、自动驾驶等多个领域提供理论支撑和算法基础。
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