基于安卓移动终端的GNSS原始观测值分析及定位性能研究

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随着移动通信和卫星导航技术的不断发展以及智能终端的普及,用户对智能终端的定位要求越来越高。在2016年5月Google的I/O会议后,Android 7.0后的版本通过应用程序接口支持输出GNSS原始观测数据,随着GNSS原始观测数据的开放,Android智能终端的定位研究成为测绘学科的研究热点。为此本文基于Android智能终端的GNSS观测数据,研究分析了Android智能终端的GNSS原始观测数据质量;研究了Android智能终端在静态、动态环境下的定位精度;优化改善了Android智能终端GNSS原始观测数据;最后探究了Android智能终端进行PPP定位模型的精度。论文的主要内容和成果如下:(1)简要介绍了GNSS定位原理,GNSS定位过程中遇到的各种误差,及消除各误差的具体方法;GNSS定位的参数估计方法;目前常见的精密单点定位模型;Android智能终端系统及应用程序接口的基本结构;Android智能终端在定位时所用的时间与坐标系统;获取Android智能终端GNSS原始观测数据的方法;Android智能终端GNSS原始观测数据的预处理方法及在定位中的随机模型。(2)系统分析了Android智能终端GNSS原始观测值数据质量。从信噪比、数据完整性、卫星可见性和和连续性、伪距观测噪声和多路径误差、伪距变化率、Duty Cycle和周跳方面,分析了Android智能终端的GNSS原始观测数据质量。实验结果表明,在相同的观测环境下,单频智能终端的信噪比比双频智能终端的信噪比更低,且与高度角的相关性不强。两款智能终端在GPS卫星下的数据完整性优于在BDS卫星下的数据完整性;单频智能终端观测到的卫星数及连续性都不如双频智能终端;单频智能终端的伪距观测噪声与多路径误差可以达到10米左右,双频智能终端的伪距观测噪声与多路径误差达到7米左右;单频、双频智能终端的伪距变化率的浮动都较为剧烈;研究分析Duty Cycle和周跳可知,单频、双频智能终端都存在着频繁的周跳现象。(3)研究了Android智能终端的定位精度。研究在不同环境下单频、双频智能终的定位精度,通过实验表明:在静态环境下,不论是在单GPS、BDS还是GPS+BDS系统下,双频智能终端的定位精度都优于单频智能终端;在动态环境下,单系统下的两款智能终端定位精度都不太理想,接收到的数据不稳定导致定位精度不理想,而在多系统下,由于双频智能终端比单频智能终端能多接收到L5频率数据,双频智能终端的定位性能表现好于单频智能终端。(4)优化改善了Android智能终端GNSS数据质量。两款智能终端在采用原始伪距观测值的定位精度误差波动较大,通过多普勒平滑伪距的方法对Android智能终端的GNSS数据优化改善,实验结果表明:在进行多普勒平滑之前,进行数据预处理将粗差剔除,两款智能终端通过多普勒平滑伪距滤波的算法能过滤掉一部分噪声较大的原始伪距观测值,定位结果呈现出较为平滑的精度曲线,且两款智能终端的定位精度也优于采用原始伪距观测值时的定位精度,在实际生活中能满足一般的定位需求。(5)研究了Android智能终端的精密单点定位模型。设计并研究三种PPP模型在Android智能终端的适用性,实验结果表明:在采用Uofc模型下的PPP定位精度最佳,双频智能终端与单频智能终端相比收敛时间更短,进行PPP定位的精度也更好;由于Android智能终端的载波数据质量不佳,采用常规传统模型和无模糊度下的定位精度较差;Android智能终端进行PPP定位优先采用Uofc模型。
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