CN109709591B - 一种面向智能终端的gnss高精度定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向智能终端的GNSS高精度定位方法，通过测量噪声低且无周跳的多普勒观测值对原始伪距观测值进行平滑，能显著降低智能终端GNSS原始伪距观测量的测量噪声；采用实时精密卫星轨道和钟差改正信息对由广播星历和钟差参数计算得到的卫星轨道与钟差进行精密改，能够显著提高卫星轨道和卫星钟差的计算精度；采用实时精密电离层信息精确地计算电离层延迟信息从而实现对电离层延迟误差的高精度改正，能够实现对电离层延迟误差的高精度改正；采用伪距和载波相位测量不确定度信息进行伪距和载波相位观测量方差，能够更为有效地区分不同卫星观测量的测量精度对定位解算的贡献，最终可以显著提高智能终端，特别是智能手机的定位性能。

Description

一种面向智能终端的GNSS高精度定位方法

技术领域

本发明属于全球卫星导航系统精密单点定位技术领域，具体涉及一种面向智能终端的GNSS高精度定位方法。

背景技术

通常情况下，现有卫星导航终端可分为测量型和导航型两类；前者定位精度通常较高，但是其体积大、成本高，仅应用于测绘、地震、气象等特殊行业；后者定位精度通常较低，但其具有成本低、功耗小、体积小、易于集成等优点，广泛应用于大众位置服务，潜在用户量巨大。相对于测量型终端，导航型终端通常仅可获得单频的伪距和载波相位以及多普勒观测值，并且由于其接收天线以及信号捕获与跟踪环路性能差，输出的观测量普遍噪声大、精度低、粗差多，同时载波相位周跳频繁，导致其卫星观测数据质量以及定位性能较测量型终端存在显著差异。目前，以智能手机为代表的广大低成本导航终端主要通过单点自主方式进行定位，一般仅可获得10～20米级精度的定位；特别是在城市复杂环境下，其定位效果甚至更差。

卫星导航终端如要获得较高精度的导航定位，主要有两大类技术途径可以采用。一种是基于局域范围内布设的单个或多个连续跟踪参考站的观测数据进行相对定位的方式，即差分相对定位技术，典型的有基于伪距观测量的RTD(Real-Time Differential)技术和基于载波相位的RTK(Real-Time Kinematic)或NRTK(Network RTK)技术。另一种是基于广域或全球的连续跟踪参考站计算得到的卫星轨道与卫星钟差以及电离层延迟等各类精密误差改正信息(也称增强信息)进行非差单点绝对定位的方式，即精密单点定位(PrecisePoint Positioning，PPP)技术。RTK/NRTK技术密切依赖于所建设的区域基准站和地基增强系统，其作业成本高且作业范围受限。PPP技术集成了单点定位和相对定位的技术优点，克服了各自缺点，仅需单机作业、无需布设地面基准站或建设增强系统，可以全球尺度作业。

自2016年5月开始，Google公司宣布从Android 7操作系统开始将能获得智能终端底层导航芯片的GNSS原始测量信息，在这之前用户只能获得安卓系统的最终定位解算结果。智能终端GNSS原始测量信息的开放给在智能终端上实现高精度的GNSS定位算法提升广大智能手机的定位性能提供了数据基础和可能性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种面向智能终端的GNSS高精度定位方法，可以提高智能终端，特别是智能手机的定位性能。

一种面向智能终端的GNSS定位方法，包括如下步骤：

步骤1、在定位开始时，从安卓系统获取当前各GNSS系统的各类原始测量信息并计算得到原始伪距、载波相位、多普勒、载噪比、伪距测量不确定度以及载波相位测量不确定度信息；通过网络从服务器获取包括精密卫星轨道、精密卫星钟差以及精密电离层的精密单点定位PPP增强信息；

步骤2、利用多普勒观测值对原始伪距进行平滑，得到平滑后的伪距；

步骤3、利用接收到的实时精密卫星轨道和精密卫星钟差改正信息对由广播星历参数计算得到的卫星轨道与卫星钟差分别进行改正，从而得到精密的卫星轨道和卫星钟差；同时，利用接收到的实时精密电离层信息计算得到精确的电离层延迟量；

步骤4、利用步骤3中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差，对平滑后的伪距中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正；利用步骤3中计算得到的精确电离层延迟量对平滑后的伪距中的电离层延迟误差项进行精密改正；

步骤5、依据智能终端GNSS模块给出的伪距测量不确定度信息或信号载噪比信息计算各卫星伪距观测量的方差；

步骤6、基于步骤4获得的经精密误差改正后的伪距观测量，以及步骤5获得的伪距观测量的方差，按照伪距单点定位SPP方式解算得到用户三维坐标以及接收机钟差的单点定位SPP解；

步骤7、将步骤6得到的伪距单点定位SPP解用于精密单点定位PPP解算中的用户坐标和接收机钟差两类待估参数的状态更新；

步骤8、利用步骤3中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差分别对平滑后的伪距和原始载波相位中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正；利用步骤3中计算得到的精确的电离层延迟量分别对平滑后的伪距和原始载波相位中的电离层延迟误差项进行精密改正；

步骤9、依据智能终端GNSS模块给出的伪距和载波相位的测量不确定度信息或信号载噪比信息分别计算各卫星伪距以及载波相位观测量的方差；

步骤10、基于步骤9获得的各卫星伪距以及载波相位观测量的方差，以及步骤8得到的经精密误差改正后的伪距观测量和载波相位观测量，按照精密单点定位PPP方式解算得到用户三维坐标、接收机钟差以及浮点载波相位模糊度的精密单点定位PPP解；

步骤11、判断精密单点定位PPP解算是否成功，成功则输出精密单点定位PPP解，反之则输出伪距单点定位SPP解，此时完成一个观测历元内的定位解算，进入到下一个历元的定位解算。

进一步的，所述步骤1中，对各GNSS系统的各类原始测量信息进行数据的有效性检查以剔除无效数据。

较佳的，所述步骤4中，伪距中除卫星轨道误差项、卫星钟差误差项以及电离层延迟误差项以外的测量误差源项按照伪距单点定位的现有通用模型进行改正。

进一步的，所述步骤7中，通过安卓标准接口获取智能终端的速度信息对用户的运动状态进行判断：当判断用户处于静止状态时，则按照静态精密单点定位PPP解算模式对用户坐标参数按照常数模型进行估计；而当用户处于运动状态时则按照动态精密单点定位PPP解算模式对用户坐标参数按照白噪声模型进行估计。

较佳的，所述步骤8中，对于平滑后伪距和原始载波相位中除卫星轨道误差项、卫星钟差误差项以及电离层延迟误差项以外的其余的测量误差源项，按照精密单点定位的现有通用模型进行改正。

较佳的，所述步骤5和步骤9中，卫星的伪距观测量的方差为：

其中，ReceivedSvTimeUncertaintyNanos表示GNSS芯片对伪距的测量不确定度；

卫星的载波相位观测量的方差为：

其中，AccumulatedDeltaRangeUncertaintyMeters表示GNSS芯片对积分距离变化量的测量不确定度。

较佳的，所述步骤5和步骤9中，基于卫星信号载噪比的伪距观测量的方差计算公式为：

式中，CN₀为卫星信号的载噪比；MAX[·]为求最大值函数；σ_0,P表示卫星伪距观测量的测量噪声标准差；

基于卫星信号载噪比的载波相位观测量的方差计算公式为：

表示卫星载波相位观测量的测量噪声标准差；

较佳的，σ_0,P＝3.0m，σ_0,Φ＝0.01m。

本发明具有如下有益效果：

本发明提出了在以智能手机为代表的智能终端设备上实现实时非差高精度定位的解决方法，用于解决以广大智能手机为代表的智能终端设备定位精度不高的问题。总体技术解决方案包括以下几个关键点：1)通过测量噪声低且无周跳的多普勒观测值对原始伪距观测值进行平滑，从而显著降低伪距测量噪声；2)采用实时精密卫星轨道和钟差改正信息对由广播星历和钟差参数计算得到的卫星轨道与钟差进行精密改正得到精密的卫星轨道和卫星钟差；3)采用实时精密电离层信息精确地计算电离层延迟信息从而实现对电离层延迟误差的高精度改正；4)采用智能终端GNSS模块给出的伪距和载波相位测量不确定度信息进行伪距和载波相位观测量方差的计算，更为有效地区分不同卫星观测量的测量精度对定位解算的贡献。

综上，本发明的定位方法具有如下有益效果：1)能显著降低智能终端GNSS原始伪距观测量的测量噪声；2)能够显著提高卫星轨道和卫星钟差的计算精度；能够实现对电离层延迟误差的高精度改正；3)能够更为有效地区分不同卫星观测量的测量精度对定位解算的贡献；4)最终可以显著提高智能终端，特别是智能手机的定位性能。

附图说明

图1为本发明的一种面向智能终端的GNSS高精度定位方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明的一种面向智能终端的GNSS高精度定位方法，具体包括如下步骤：

(1)在定位开始时，一方面需要从安卓系统获取当前各GNSS系统的各类原始测量信息并计算得到原始的伪距、载波相位、多普勒、载噪比以及伪距测量不确定度、载波相位测量不确定度等各类定位所需信息，同时进行数据的有效性检查以剔除无效数据；另一方面，需要通过网络从服务器获取精密卫星轨道与精密卫星钟差以及精密电离层等PPP增强信息。(2)然后，利用测量噪声低且无周跳的多普勒观测值对原始伪距进行平滑得到平滑后的伪距用户后续的定位解算，平滑后的伪距的测量噪声相比于平滑前得到显著降低。(3)其次，利用接收到的实时精密卫星轨道和精密卫星钟差改正信息对由广播星历参数计算得到的卫星轨道与卫星钟差进行改正从而得到精密的卫星轨道和卫星钟差；同时利用接收到的实时精密电离层信息计算得到精确的电离层延迟量。(4)接下来，利用(3)中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差对平滑后的伪距中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正，利用(3)中计算得到的精确的电离层延迟量对平滑后的伪距中的电离层延迟误差项进行精密改正，其余的测量误差源项则按照伪距单点定位的现有通用模型进行改正。(5)下一步，依据智能终端GNSS模块给出的伪距测量不确定度信息计算各卫星伪距观测量的方差。(6)按照伪距单点定位(SPP)方式解算得到用户三维坐标以及接收机钟差的单点定位解(SPP解)。

在完成上述伪距单点定位(SPP)解算后，便开始进行精密单点定位(PPP)解算。(7)首先，将得到的SPP解用于PPP解算中的用户坐标和接收机钟差两类待估参数的状态更新，同时通过安卓标准接口获取智能终端的速度信息对用户的运动状态进行判断，当判断用户处于静止状态时，则按照静态PPP解算模式对用户坐标参数按照常数模型进行估计，而当用户处于运动状态时则按照动态PPP解算模式对用户坐标参数按照白噪声模型进行估计。(8)其次，利用(3)中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差对平滑后的伪距和原始的载波相位中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正，利用(3)中计算得到的精确的电离层延迟量对平滑后的伪距和原始的载波相位中的电离层延迟误差项进行精密改正，其余的测量误差源项则按照精密单点定位的现有通用模型进行改正。(8)然后，依据智能终端GNSS模块给出的伪距和载波相位的测量不确定度信息分别计算各卫星伪距以及载波相位观测量的方差。(9)按照精密单点定位方式解算得到用户三维坐标、接收机钟差以及浮点载波相位模糊度等待估参数的精密单点定位解(PPP解)。(10)最后，判断PPP解算是否成功，成功则输出PPP解，反之则输出SPP解，此时一个观测历元内的定位解算结束，进行下一个历元的定位解算。

在整个定位过程中，对于卫星轨道和钟差的处理采用实时精密卫星轨道和钟差改正信息对由广播星历和钟差参数计算得到的卫星轨道与钟差进行精密改正；对于电离层误差的处理采用实时精密电离层信息对电离层延迟误差进行高精度改正；对观测量的方差计算则采用智能终端GNSS模块直接给出的各观测量的测量不确定度信息计算得到相应的测量方差。

下面对关键技术解决方案进行详细说明。

1、通过测量噪声低且无周跳的多普勒观测值对原始伪距观测值进行平滑，从而显著降低伪距测量噪声。

一般地，GNSS非差观测模型的单频伪距观测量、载波相位观测量以及多普勒观测量可表示成如下方程：

式中，s、r分别表示导航卫星(Satellite)、接收机(Receiver)；

为伪距观测量(m)；

为以距离为单位的载波相位观测量(m)，

为以周数为单位的载波相位观测量(cycle)；

为多普勒频移测量值(Hz)；

为在信号发射时刻的卫星与接收机二者天线相位中心之间的几何距离量(m)；c为真空中的光速(c＝299 792 458.0m/s，下同)；δt_r为信号接收时刻的接收机钟差(s)；δt^s为信号发射时刻的卫星钟差(s)；

为信号传播路径上的电离层延迟误差量(m)，它对伪距和载波相位的影响大小相等符号相反；

为信号传播路径上的对流层延迟误差量(m)；λ表示所接收信号的载波波长(m)；

为载波相位模糊度(cycle)；多普勒观测方程中各“.”项为各相应变量的时间变化率；

分别为伪距、载波相位以及多普勒的测量噪声以及其他未建模误差项。

接收机的载波相位测量值精度通常要比伪距测量值精度高2到3个数量级，载波相位平滑伪距方法常被用来降低伪距测量噪声提高定位精度。利用载波相位平滑伪距的前提是要求接收机持续地锁定载波相位，但由于低成本导航终端载波相位测量周跳频繁，特别是在城市动态环境下，另外，智能手机内部通常还存在“Duty Cycle”控制策略用于间歇性的跟踪卫星导航信号以降低功耗从而导致载波相位跟踪不连续等，这极大制约了在低成本导航终端特别是智能手机上实现动态场景下的载波相位平滑伪距的效果。在本方案中，无周跳且无模糊度的多普勒测量值被用来平滑原始伪距。

多普勒平滑伪距的Hatch滤波器递推公式为：

式中，P_k为k时刻的原始伪距测量值，P_sm,k-1和P_sm,k分别为k-1和k时刻的平滑伪距值，M为平滑时间常数，也称为窗口长度，S_k为以多普勒计算得到的距离变化量。根据接收机输出多普勒测量值的数据特性不同，S_k可以由瞬时多普勒测量值或者平均多普勒测量值计算得到。其中，由瞬时多普勒计算得到的S_k为：

S_k＝λD_k (3)

由平均多普勒计算的S_k具体可由下式近似计算得到：

式中，D(t)为多普勒频移的时间函数，D_k和D_k-1分别为k和k-1时刻的多普勒观测值，T_s＝t_k-t_k-1表示采样间隔，实际情况下通常都为1s。

在平滑过程中，需要注意以下几点：(1)当接收机前后伪距测量出现历元中断时，需要对平滑器进行重置；(2)当检测到接收机输出的多普勒测量值发生异常时，需要对平滑器进行重置；(3)当接收机发生钟跳而未进行钟跳修复时，需要对平滑器进行重置；(4)平滑时间常数不宜过长且需要根据不同设备的数据特性进行最优设置，本方案中给出了一组缺省情况下的设定值，可设置为静态应用场景下60s，动态应用场景下20s。

2、采用实时精密卫星轨道和钟差改正信息对由广播星历参数计算得到的广播卫星轨道与钟差进行精密改正。

在标准的伪距单点定位中，卫星轨道和卫星钟差信息都是按照相应卫星导航系统的标准空间信号接口控制文件中的计算方法采用广播星历中播发的卫星轨道和钟差参数计算得到的，但是广播卫星轨道和钟差的改正效果不佳，仍然存在较大的残余误差。在传统精密单点定位中，卫星轨道和钟差是由精密的卫星轨道和钟差产品计算得到的。在实时精密单点定位中，实时的精密卫星轨道和钟差信息是利用实时播发的精密卫星轨道和钟差改正信息对由广播星历计算得到的广播卫星轨道和钟差进行校正得到的。

因此，本方案采用实时精密卫星轨道和钟差改正信息对广播卫星轨道和钟差进行精密改正，从而获得精密的卫星轨道和钟差信息用于精密定位。实施本方法的前提是，用户能够获得实时的精密卫星轨道和钟差改正信息，具体的实现包括服务端和用户端两部分。其中，服务端主要完成实时卫星轨道和钟差改正信息的计算和发播，用户端则利用接收到的实时卫星轨道和钟差改正信息对由广播星历参数计算得到的广播卫星轨道与钟差进行改正从而恢复出精密的卫星轨道和钟差信息。当无法获得可用的实时精密卫星轨道钟差改正信息时，则卫星轨道和钟差直接采用由广播星历参数计算得到的广播卫星轨道与钟差。

服务端发播的精密卫星轨道和钟差改正信息主要包括以下内容：

式中，Δ_ssr(·)表示一组卫星轨道和钟差改正信息；t₀为该组改正信息的参考历元；IODE表征用于计算该组改正信息的广播星历；(δO_r,δO_a,δO_c)为径向(Radial，R)、切向(Along-track，A)以及法向(Cross-track，C)三个方向上的轨道改正分量；

为径向(R)、切向(A)以及法向(C)三个方向上的轨道改正变化率；(C₀,C₁,C₂)是实时卫星钟差改正的二次项系数。

对某一定位时刻t，用户端的实时卫星轨道精密改正的实施步骤如下：

(1)计算轨道坐标系(RAC坐标系)下的卫星轨道改正量，具体计算公式为：

式中，δO_t为轨道坐标系(RAC)下的卫星轨道改正向量，(δO_r,δO_a,δO_c)为径向(R)、切向(A)以及法向(C)三个方向上的轨道改正分量，t₀为所接收到的该组改正信息的参考历元。

(2)将(1)中计算得到的轨道坐标系下的卫星轨道改正量转换到地心地固坐标系(ECEF坐标系)下，具体转换公式为：

式中，δX_t为地心地固坐标系下卫星轨道改正向量；(δx,δy,δz)_t即为地心地固坐标系下X,Y,和Z三个方向上的轨道改正分量，R为轨道坐标系到地心地固坐标系的转换矩阵，可由下式计算得到：

式中，

为在径向、切向以及法向上的单位向量；

和

分别为由广播星历计算得到的广播卫星轨道坐标向量以及速度向量。

(3)利用(2)中计算得到的ECEF坐标系下的卫星轨道改正量对由广播星历计算得到的广播卫星轨道坐标进行改正，具体的改正公式为：

式中，(X_brdc,Y_brdc,Z_brdc)为由广播星历计算得到的广播卫星轨道的X，Y，Z坐标；(X_prec,Y_prec,Z_prec)即为改正后的精密卫星轨道X、Y、Z坐标，用于后续精密定位。

用户端的实时卫星钟差精密改正的按以下公式实施：

式中，(C₀,C₁,C₂)为计算钟差改正数的的二次项系数；δC是实时的卫星钟差改正量，单位为m；c为真空中的光速；

为由广播星历参数计算得到的广播卫星钟差；

为改正后的精密卫星钟差，用于后续精密定位。

3、采用实时精密电离层信息对电离层延迟误差进行高精度改正。

在标准的伪距单点定位中，电离层延迟误差通常都是采用广播星历中播发的广播电离层参数按照相应卫星导航系统的标准空间信号接口控制文件中的广播电离层模型进行计算予以改正的，这种改正方法虽然实现方便，但是电离层误差改正效果不佳，仍然存在较大的电离层残余误差。而在双频精密单点定位中，通常都是采用双频无电离层组合模型直接消去电离层延迟误差，但是对于目前智能终端来说均以单频为主，无法通过形成无电离层组合观测值的方法来消除电离层延迟误差。因此，电离层延迟误差是影响智能终端高精度定位的重要因素之一。本方案中，采用实时精密电离层信息对电离层延迟误差进行高精度建模和改正，其基本的数学模型是基于球谐函数对全球电离层总电子含量(TotalElectron Content，TEC)时空变化特性进行建模。实施该方法的前提是，用户能够获得实时的精密的电离层信息。具体的实现包括服务端和用户端两部分，其中，服务端主要完成实时计算出描述全球电离层总电子含量变化的精密信息并将其实时播发给用户，用户端则利用接收到的实时精密电离层信息计算电离层延迟量进而对伪距和载波相位观测量进行电离层延迟误差改正。用户端具体的实时电离层延迟计算如下：

1)计算信号传播路径(视线方向)上的电离层总电子含量(Slant TEC，简称STEC)，具体计算公式为：

式中，STEC表示信号传播路径(视线方向)上的电离层总电子含量(单位为TECu，1TECu引起的GPS L1信号的电离层延迟量约为16cm)；

表示电离层穿刺点

处垂直方向上的电离层总电子含量(Vertical TEC,简称VTEC，单位为TECu)，利用球谐函数模型进行描述；

和λ_IPP分别表示电离层穿刺点处的纬度和经度(单位为弧度)；el为定位用户与卫星之间的高度角，Hion为电离层薄层高度；F(el,Hion)为电离层穿刺点处垂直方向上的电离层TEC(即VTEC)与视线方向上的电离层TEC(即STEC)之间互相转换的投影函数；N为球谐函数的最大度数；M为球谐函数的最大阶数；n和m分别为相应的指数索引；λ_s为日固系中穿刺点的经度，其具体值的计算与地方时有关；P_nm(·)为表示n度m阶的归化勒让德(Legendre)函数；C_nm和S_nm分别为球谐函数中相应余弦项和正弦项的系数(单位为TECu)，该系数即为服务端播发、用户端接收到的实时精密电离层信息。

2)根据(1)中计算得到的信号传播路径(视线方向)上的电离层总电子含量STEC计算各卫星信号相应频率上的以距离为单位的电离层延迟量。对于伪距和载波相位观测量的电离层延迟量可按下式计算得到：

式中，ΔI_P和ΔI_Φ分别为电离层引起的伪距和载波相位延迟量，二者大小相等但符号相反。

3)利用2)中计算得到的电离层延迟量对伪距和载波相位观测量进行电离层延迟误差改正，具体为：

式中，P和Φ分别表示以距离为单位的伪距和载波相位测量值，ΔP和ΔΦ分别表示经电离层延迟误差改正之后的伪距和载波相位，这样便完成了电离层延迟误差的改正。当用户无法获得实时的精密电离层信息时，本方案中的电离层延迟误差则采用传统的广播电离层模型进行改正，以保证正常的定位解算。

4、采用智能终端GNSS模块给出的伪距和载波相位测量不确定度信息进行伪距和载波相位观测量方差的计算

在GNSS定位解算中，通常采用加权最小二乘或者卡尔曼滤波方法对定位方程进行求解得到用户的三维坐标、接收机钟差等待估参数。为合理地区分不同卫星观测量的测量精度对定位解算的贡献，需要对不同卫星的观测量设置不同的方差，即给观测量定权。在GNSS定位中通常采用基于卫星高度角的随机模型设置观测量的方差从而实现观测量的定权。但是，由于智能终端的观测值的测量误差与其卫星高度角之间的相关性很弱，这一定权方法对智能终端GNSS数据的实施效果不佳。在使用安卓操作系统的智能终端中，用户可以获得各观测量的测量不确定度信息，具体包括：GNSS芯片对伪距的测量不确定度(用ReceivedSvTimeUncertaintyNanos表示，单位为ns)，以及GNSS芯片对积分距离变化量(也称载波相位)的测量不确定度(用AccumulatedDeltaRangeUncertaintyMeters表示，单位为m)。这两类测量不确定度信息由GNSS芯片上报给安卓系统，用户可直接获得。于是，对某一颗卫星而言，其伪距观测量的方差为：

载波相位观测量的方差为：

使用该定权方法的前提是GNSS芯片给出的相应测量不确定度信息准确可用。如果智能终端GNSS芯片给出的测量不确定度信息并不能真实反映其信号处理环路对伪距和载波相位等观测量的测量误差，则采用基于信噪比的定权模型进行代替。对某一颗卫星而言，基于信噪比的伪距和载波相位观测量的方差计算公式为：

式中，CN₀为某一颗卫星的载噪比；MAX[·]为求最大值函数；下标obs表示伪距(P)或者载波相位(Φ)观测量；

为该颗卫星的伪距或载波相位观测量的方差；σ_0,obs为伪距和载波相位观测量的测量噪声标准差，需要根据不同设备的数据特性进行最优设置，本方案中给出了一组缺省情况下的设定值，对于所有卫星的伪距观测量测量噪声标准差可设置为σ_0,P＝3.0m，对所有卫星的载波相位观测量的测量噪声标准差可设置为σ_0,Φ＝0.01m。这样便完成了不同卫星观测量的方差的确定，将直接用于伪距单点定位(SPP)或者精密单点定位(PPP)的方程解算中，其中，在伪距单点定位中只需要计算伪距观测量的方差即可，而在精密单点定位解算中需要同时计算伪距和载波相位观测量的方差。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种面向智能终端的GNSS定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在定位开始时，从安卓系统获取当前各GNSS系统的各类原始测量信息并计算得到原始伪距、载波相位、多普勒、载噪比、伪距测量不确定度以及载波相位测量不确定度信息；通过网络从服务器获取包括精密卫星轨道、精密卫星钟差以及精密电离层的精密单点定位PPP增强信息；

步骤2、利用多普勒观测值对原始伪距进行平滑，得到平滑后的伪距；其中，多普勒平滑伪距的Hatch滤波器递推公式为：

式中，P_k为k时刻的原始伪距测量值，P_sm,k-1和P_sm,k分别为k-1和k时刻的平滑伪距值，M为平滑时间常数，也称为窗口长度，S_k为以多普勒计算得到的距离变化量；根据接收机输出多普勒测量值的数据特性不同，S_k；由瞬时多普勒测量值或者平均多普勒测量值计算得到；其中，由瞬时多普勒计算得到的S_k为：

S_k＝λD_k (3)

由平均多普勒计算的S_k具体由下式近似计算得到：

式中，D(t)为多普勒频移的时间函数，D_k和D_k-1分别为k和k-1时刻的多普勒观测值，T_s＝t_k-t_k-1表示采样间隔；

在平滑过程中，需要注意以下几点：(1)当接收机前后伪距测量出现历元中断时，需要对平滑器进行重置；(2)当检测到接收机输出的多普勒测量值发生异常时，需要对平滑器进行重置；(3)当接收机发生钟跳而未进行钟跳修复时，需要对平滑器进行重置；(4)平滑时间常数静态应用场景下设置为60s，动态应用场景下设置为20s；

步骤3、利用接收到的实时精密卫星轨道和精密卫星钟差改正信息对由广播星历参数计算得到的卫星轨道与卫星钟差分别进行改正，从而得到精密的卫星轨道和卫星钟差；同时，利用接收到的实时精密电离层信息计算得到精确的电离层延迟量；

步骤4、利用步骤3中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差，对平滑后的伪距中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正；利用步骤3中计算得到的精确电离层延迟量对平滑后的伪距中的电离层延迟误差项进行精密改正；

步骤5、依据智能终端GNSS模块给出的伪距测量不确定度信息或信号载噪比信息计算各卫星伪距观测量的方差；

步骤6、基于步骤4获得的经精密误差改正后的伪距观测量，以及步骤5获得的伪距观测量的方差，按照伪距单点定位SPP方式解算得到用户三维坐标以及接收机钟差的单点定位SPP解；

步骤7、将步骤6得到的伪距单点定位SPP解用于精密单点定位PPP解算中的用户坐标和接收机钟差两类待估参数的状态更新；

步骤8、利用步骤3中计算得到的精密卫星轨道和精密卫星钟差分别对平滑后的伪距和原始载波相位中的卫星轨道误差项和卫星钟差误差项进行精密改正；利用步骤3中计算得到的精确的电离层延迟量分别对平滑后的伪距和原始载波相位中的电离层延迟误差项进行精密改正；

步骤9、依据智能终端GNSS模块给出的伪距和载波相位的测量不确定度信息或信号载噪比信息分别计算各卫星伪距以及载波相位观测量的方差；

步骤10、基于步骤9获得的各卫星伪距以及载波相位观测量的方差，以及步骤8得到的经精密误差改正后的伪距观测量和载波相位观测量，按照精密单点定位PPP方式解算得到用户三维坐标、接收机钟差以及浮点载波相位模糊度的精密单点定位PPP解；

步骤11、判断精密单点定位PPP解算是否成功，成功则输出精密单点定位PPP解，反之则输出伪距单点定位SPP解，此时完成一个观测历元内的定位解算，进入到下一个历元的定位解算；

其中，当无法获得测量不确定度信息时，所述步骤5和步骤9中，基于卫星信号载噪比的伪距观测量的方差计算公式为：

式中，CN₀为卫星信号的载噪比；MAX[·]为求最大值函数；σ_0,P表示卫星伪距观测量的测量噪声标准差；

基于卫星信号载噪比的载波相位观测量的方差计算公式为：

表示卫星载波相位观测量的测量噪声标准差。

2.如权利要求1所述的一种面向智能终端的GNSS定位方法，其特征在于，所述步骤1中，对各GNSS系统的各类原始测量信息进行数据的有效性检查以剔除无效数据。

3.如权利要求1所述的一种面向智能终端的GNSS定位方法，其特征在于，所述步骤4中，伪距中除卫星轨道误差项、卫星钟差误差项以及电离层延迟误差项以外的测量误差源项按照伪距单点定位的现有通用模型进行改正。

4.如权利要求1所述的一种面向智能终端的GNSS定位方法，其特征在于，所述步骤7中，通过安卓标准接口获取智能终端的速度信息对用户的运动状态进行判断：当判断用户处于静止状态时，则按照静态精密单点定位PPP解算模式对用户坐标参数按照常数模型进行估计；而当用户处于运动状态时则按照动态精密单点定位PPP解算模式对用户坐标参数按照白噪声模型进行估计。

5.如权利要求1所述的一种面向智能终端的GNSS定位方法，其特征在于，所述步骤8中，对于平滑后伪距和原始载波相位中除卫星轨道误差项、卫星钟差误差项以及电离层延迟误差项以外的其余的测量误差源项，按照精密单点定位的现有通用模型进行改正。

6.如权利要求1所述的一种面向智能终端的GNSS定位方法，其特征在于，所述步骤5和步骤9中，卫星的伪距观测量的方差为：

其中，ReceivedSvTimeUncertaintyNanos表示GNSS芯片对伪距的测量不确定度；

卫星的载波相位观测量的方差为：

其中，AccumulatedDeltaRangeUncertaintyMeters表示GNSS芯片对积分距离变化量的测量不确定度。

7.如权利要求1所述的一种面向智能终端的GNSS定位方法，其特征在于，σ_0,P＝3.0m，σ_0,Φ＝0.01m。

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