【摘 要】
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在万物互联的时代,智能手机提供的位置服务在广大用户的生活中扮演着重要的角色,其5-10m的定位精度已经不能满足用户对高精度定位日益增长的需求。本文旨在充分利用智能手机的GNSS、IMU及BLE数据,进一步提升智能手机的动静态定位精度并实现室内外无缝切换,有效提升大众用户体验。本文从智能手机GNSS及IMU原始数据特性分析入手,对行人及车载情况分别构建GNSS/INS融合定位模型,并进行室内外无缝切
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（41974030,41674035）
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在万物互联的时代,智能手机提供的位置服务在广大用户的生活中扮演着重要的角色,其5-10m的定位精度已经不能满足用户对高精度定位日益增长的需求。本文旨在充分利用智能手机的GNSS、IMU及BLE数据,进一步提升智能手机的动静态定位精度并实现室内外无缝切换,有效提升大众用户体验。本文从智能手机GNSS及IMU原始数据特性分析入手,对行人及车载情况分别构建GNSS/INS融合定位模型,并进行室内外无缝切换研究,将多种算法实现至智能手机上,并测试其定位性能。具体的研究工作及其结论如下:（1）完成智能手机GNSS和IMU原始数据特性分析。阐述了智能手机使用Android API获取GNSS、IMU及BLE数据的接口,给出了计算伪距的具体方法;通过在已知点处静态观测获取GNSS原始数据,利用历元间二次差分方法对原始伪距、载波相位及多普勒进行了分析,结果表明载噪比与数据质量关系密切,并根据智能手机原始数据特性,建立了GNSS定位的抗差处理模型;分析了静态情况下智能手机加速度、线性加速度、重力加速度、陀螺仪、磁力计及旋转矢量的原始数据质量及特性,对通电工作后前1min各传感器输出不稳定及加速度计的噪声偏大的问题,进行降权处理。（2）完成智能手机GNSS/INS高精度融合定位研究。建立了基于智能手机的高精度GNSS单点与差分定位模型,并对其进行了不同观测环境下的动静态实验,结果表明:在静态观测环境较优的情况下,采用RTK算法平面定位中误差为0.70m,高程为1.04m;动态车载情况下,RTK整体平面定位中误差为1.27m,高程为2.27m。对行人与车载GNSS/INS定位模型分别建模,行人定位模型采用GNSS/PDR融合模型,测试结果表明该模型对定位精度具有一定的提升效果,其中一台手机可提升10.1%的定位精度,但依赖于观测环境的识别;车载情况下,融合定位模型可保证在GNSS信号失锁10s时不超过8m的定位中误差。（3）完成智能手机室内外无缝切换研究。详细介绍了GNSS室内外场景判断的方法,利用GNSS卫星数量及载噪比数据建立了HMM场景判别模型,并对其进行实验测试,结果表明在室内外切换过程识别的准确性较高,时延较低,只需1-3s即可完成场景判读。建立了基于GNSS/PDR/BLE技术的室内外无缝切换模型,该模型从室外至室内及室内至室外两方面考虑,重点对室内至室外过程中GNSS定位需要一定初始化时间的问题进行研究,该过程利用PDR算法保持切换稳定,在观测环境逐步变好的情况下,相应提升GNSS的权值。整体切换过程较为平滑稳定,平面定位中误差为2.56m。（4）开发智能手机高精度实时定位APP。本文将应用研究的理论算法实现至Android APP当中,利用JAVA语言在Android Studio平台上完成了高精度实时定位及室内外切换的APPRTKCore的编写工作,实现了GNSS原始数据分析、GNSS高精度定位、GNSS/INS融合定位、室内外切换及各种辅助功能模块的可视化显示。
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