【摘 要】
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随着科学技术的进步,智能手机已经在我们的日常生活中发挥着不可或缺的作用,使用手机获取用户当前所在的位置信息是我们常用的功能之一。早期的Android智能手机只能获得系统输出的位置结果,无法获取卫星的原始观测数据进行定位研究。直到2016年,Google发布了Android7.0系统,开放了系统原始GNSS观测数据,从而可以使用伪距,多普勒和载波相位观测来进行精确的位置估计,为GNSS应用程序开发人
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随着科学技术的进步,智能手机已经在我们的日常生活中发挥着不可或缺的作用,使用手机获取用户当前所在的位置信息是我们常用的功能之一。早期的Android智能手机只能获得系统输出的位置结果,无法获取卫星的原始观测数据进行定位研究。直到2016年,Google发布了Android7.0系统,开放了系统原始GNSS观测数据,从而可以使用伪距,多普勒和载波相位观测来进行精确的位置估计,为GNSS应用程序开发人员提供了开发数据处理算法的机会。本文主要围绕基于Android手机原始BDS/GPS和多传感器数据的定位展开研究。本文实验采集了手机原始的BDS、GPS观测数据,分别进行了静、动态的定位处理,分析了原始数据的质量和定位效果。并且在原始卫星定位的基础上,利用Android手机的加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器数据融合卫星观测数据,采用低成本应用的卫星/惯性/地磁组合导航简化算法进行导航定位实验,定位效果得到有效的提高。总的来说,本文的研究工作主要有以下几个方面:（1）总结了目前智能手机常用的四种定位方式,以卫星定位技术为出发点,详细阐述了BDS/GPS组合伪距点定位和捷联惯性导航的基本算法,归纳了常用的多传感器数据融合处理方法,同时也介绍了卡尔曼滤波算法的滤波过程和GNSS/INS松组合导航算法。（2）设计了基于Android手机原始卫星观测数据的单BDS、单GPS、BDS/GPS组合、多普勒平滑伪距BDS/GPS组合单点定位的动、静态实验。静、动态实验结果显示,无论使用BDS或GPS定位或组合定位,精度都能达到10米以内。静态实验中,X、Y、Z三个方向的定位精度均小于7米,其中X、Y方向的RMSE均小于5米。单GPS定位X、Y、Z方向的RMSE分别为2.67米、4.60米、6.31米,BDS单点定位X、Y、Z方向的RMSE分别为1.89米、3.10米、5.45米;BDS/GPS组合伪距单点定位X、Y、Z方向的精度都优于单系统,各个方向的RMSE都在5米以内,其中X、Y方向的RMSE在2米左右;利用多普勒数据对BDS、GPS伪距数据进行平滑之后,组合定位的精度有了进一步的提高,其中X、Y方向的RMSE小于2米,Z方向小于4米。动态定位的精度相较于静态定位有所下降,单BDS定位X、Y方向的RMSE均小于4米,分别为2.45米、3.34米,Z方向的RMSE相较前两者稍显不足为8.68米。单GPS定位X、Y、Z方向的RMSE分别为3.29米、4.99米、8.87米;BDS/GPS组合定位X、Y方向的RMSE相较于单BDS或GPS都有提高,但Z方向的RMSE无明显提高;利用多普勒数据对BDS、GPS伪距数据进行平滑之后,组合定位的精度也有进一步的提高,其中X、Y方向的RMSE分别提高了18.3%、17.45%,Z方向的RMSE提高了38.6%。（3）针对Android手机低成本传感器的属性,在GNSS/INS松组合导航算法基础上加入磁力计数据,采用适用低成本系统的卫星/惯导/地磁松组合算法分别设计进行了仿真数据实验和真实数据实验,并阐述了实验相关设置和结果。仿真实验表明,相较于BDS/GPS的定位结果,卫星/惯性/地磁组合算法取得的结果在各个方向都有一定改善。实测数据实验中,采用BDS/GPS组合单点定位的东方向和北方向STD和RMSE都在3.5米左右,而天顶方向的STD为8.42米,RMSE为8.94米。相较于只使用卫星数据进行组合单点定位的精度,使用Android多传感器数据组合导航的定位精度有了较好的提高,其中组合导航东方向STD为1.84米,RMSE为1.96米,分别提高了44.24%、42.18%;北方向STD为1.99米,RMSE为2.01米,分别提高了43.36%、43.22%;天顶方向STD为2.42米,RMSE为2.73米,分别提高了71.25%、69.46%。实验结果表明,使用Android多传感器数据组合导航具有更好的定位性能。
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