高精度GNSS效劳每个人：安卓智能 手机提供GPS原始丈量 ...

低成本GNSS芯片的展开推进了定位、导航和授时（PNT）设备的反动。GNSS定位技术曾用于军事行动和大地丈量，随着启用GNSS功用的汽车导航设备和智能手机的展开，最终进入百万（以至数十亿）用户的生活中。智能手机中装置的GNSS接纳机的定位精度已达米级, 能够为用户提供普遍的效劳，例如, 网络社交、车辆追踪、天气效劳等。另一方面，更昂贵的GNSS设备可经过跟踪多个频率信号，并运用高质量的天线和接纳机组件，提供厘米级以至毫米级精度。这种GNSS接纳机普遍用于各种范畴，如地质运动监测、土地丈量、精密农业、石油和自然气勘探以及机器控制。

首先解释经过Android N操作系统（OS）访问GNSS原始观测数据的措施。在对数据质量中止初步评价之后，运用加拿大自然资源部开发的最先进定位软件，评价能否能够运用智能手机采集的GPS原始观测数据完成准肯定位。

(1）访问GNSS原始丈量数据

Android操作系统定义了应用程序编程接口（API），是允许用户访问系统功用的一组协议。GNSS原始丈量值包含在GnssClock（GNSS时钟）和GnssMeasurement（GNSS丈量）软件类中，android.location（安卓定位） API对这些类型中止了描画。谷歌曾经发布了GnssLogger（GNSS日志）应用程序或App及其源代码。用户能够运用原装App将GNSS丈量数据记载到文本文件中，也能够运用源代码将GNSS丈量数据添加到自己的App中。在同一个GitHub库，用户还能够找到此文中用到的丈量数据，以及Matlab读取、处置和绘制数据的文件。

（2）GNSS原始丈量数据

为了初步了解智能手机上的GNSS数据质量，2016年8月22日，研讨人员在加利福尼亚州山景城的Googleplex采集了一份时长3分钟的数据集。实验所用的三星Galaxy S7智能手机，采用了博通4774 GNSS芯片和操作系统Android NOS。该设备可用于记载GPS、GLONASS、北斗、伽利略和QZSS的L1信号的载波相位、多普勒和伪距丈量值，但是在处置上述数据时本实验只运用了GPS观测数据。由于智能手机内的GNSS天线采用线性极化方式，特别容易遭到GNSS信号多径效应的影响。反射信号会招致更多噪声和可能呈现倾向的丈量数据，因而在基于观测数据的计算过程中，GNSS接纳机必须能够分辨直射信号和反射信号。

要将智能手机转变成高精度定位工具，需求应用载波相位丈量值。通常，这种丈量值至少比伪距丈量值精确100倍。由于GNSS接纳机只能跟踪载波相位的变更，所以这些丈量结果包含一个与真实测距值有关的未知偏移量，称为载波相位整周含糊度。在接纳机持续跟踪卫星的状况下，这个偏移量就是一个恒定值。当卫星和GNSS接纳机天线之间存在诸如树木、建筑物、立交桥等障碍物时，信号跟踪可能会发作中缀。此时初始偏移值发作改动, 需求在位置滤波器中重置载波相位含糊度。在信号跟踪条件较差的状况下，例如在城市峡谷或树冠下，丈量时载波相位通常不连续，对解算简直没有任何益处。但是假如经过连续跟踪信号，能够取得更精确的解算结果。

图2.7显现，除了三颗或四颗卫星同时呈现不连续状况的几个历元外，采集到数据集的含糊度复位次数通常很少。在这种状况下，处置计划解算可能不会像连续跟踪一切卫星一样稳定。

为了充沛发挥载波相位丈量的潜力，必须对一切误差源中止认真建模。除了上述误差源以外，也应思索随着卫星盘绕地球旋转，卫星天线相应旋转惹起的载波相位缠绕效应。GNSS高精度定位战略通常还包含对用户天线相位中心变更的建模，固然智能手机天线尚未接纳此信息。

如图2.8所示，定位滤波器中中止的载波相位丈量显著进步了位置预算的精度。但是尚不分明图2.8中部分观测位置动摇是由于载波相位丈量质量较差，还是残留电离层效应构成的。为理处置这个问题，研讨人员从UNAVCO （前身为大学导航协会）运营的左近永世性GPS跟踪站提取了高精度电离层倾斜延迟信息。

该站标有SLAC，位于Googleplex以西约10公里处。图2.9显现此时所取得的位置预算值愈加稳定，证明了剩余的电离层误差对图2.8所示的解算构成影响。这些结果表明，经过运用载波相位丈量值和对影响GPS观测值的误差源认真建模，能够推算出智能手机的厘米级位移。

智能手机制造商面临的一个主要应战是如何延长电池寿命。由于智能手机的GNSS接纳机连续工作, 手机电池会疾速耗尽，因而接纳机采用工作周期程序; 例如，跟踪GNSS信号200毫秒后关机800毫秒，然后重复。不可思议，GNSS接纳机在启用了工作循环的状况下不可能中止连续的载波相位丈量。但是接纳机在解码导航信息时处于连续激活状态。手机冷启动后，需求破费几分钟的时间解读可见卫星的必要信息，从而中止载波相位连续跟踪。应用这个变通计划能够取得本研讨所剖析的数据集，但它在实践应用中不是最佳选择。

（3）总结

Android N操作系统允许用户经过各种API访问智能手机或平板电脑的GNSS原始丈量数据。应用这些数据能够……

注：本文选编自《2018 GNSS技术趋向蓝皮书》，欲了解更多内容，欢送扫码购书。