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本文内容来源于《测绘学报》2021年第1期，审图号GS（2021）17号。
Android智能手机GNSS高精度实时动态定位
高成发, 陈波,刘永胜
东南大学交通学院, 江苏南京 211189
基金项目：国家自然科学基金（41974030）
摘要：本文基于智能手机GNSS观测值的质量和性质，利用手机载波相位观测值不确定度进行粗差处理，使用星间单差法消除智能手机伪距和载波相位观测值之间差值不固定特性的影响，针对手机观测值修改滤波过程中的观测值噪声方差数值，采用不固定载波相位整周模糊度的常加速度动态单频Kalman滤波模型实现实时PPP和RTK两种定位方法，提高手机实时GNSS定位精度。使用某智能手机进行验证，单频实时动态PPP定位在99s内达到稳定状态，平面定位精度为1.51 m，高程精度为2.79 m；RTK定位在27 s内达到稳定状态，平面定位精度为0.73 m，高程精度为0.78 m 。测试结果表明目前智能手机的GNSS定位模块具有提供更加精准的位置服务能力，甚至在某些特定场景下具有实施测绘作业的潜能。
关键词：Android手机 GNSS 实时动态定位 PPP RTK
引文格式：高成发, 陈波, 刘永胜. Android智能手机GNSS高精度实时动态定位[J]. 测绘学报，2021，50(1)：18-26.DOI: 10.11947/j.AGCS.2020.20200107 .
阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2021/1001-1595/2021-1-18.htm
全文概述
智能手机是如今人们生活中不可或缺的工具，智能手机中的GNSS模块已经实际改善了现代人类生活。在GNSS导航定位技术的发展中，导航或定位精度一直是制约其进一步应用于人类生产生活并发挥更大作用的关键问题，对于智能手机中的GNSS导航定位模块也是如此。2016年5月，谷歌公司在Android N操作系统上提供了访问GNSS原始观测数据的接口。此后，学者们开始着手于对智能移动终端接收的GNSS数据进行质量评估，并对其定位性能进行测试分析。
早期的智能设备GNSS定位测试大多基于Android系统的平板电脑。研究表明其伪距单点定位平面中误差约3 m，高程中误差约4 m[1]；使用静态TD(time differenced，时间差分)滤波的方式，能够获得平面中误差优于0.6 m的定位精度[2]；使用TT-SD(three-thresholds and single-difference，三阈值单差)滤波动态定位方式，平面定位中误差约0.9 m[3]；使用静态载波双差定位的方式，能够在20 min内实现平面定位精度优于20 cm[4] 。
区别于Android平板电脑，普通智能手机的定位表现要差得多。研究表明，某国产品牌智能手机伪距单点定位N、E方向中误差为10 m左右，U方向中误差超过20 m[5] 。某国外品牌智能手机伪距单点定位平面精度约10 m[6]，而使用NRTK(network real-time kinematic，网络实时动态)的定位方式，能够获得平面误差大约60 cm的静态定位结果[7] 。
近年来，出现了双频GNSS智能手机，能够接收L1/B1/E1和L5/E5波段的原始GNSS测量值[8-9] 。但是目前亚太地区能够接收到Galileo卫星(发射E1、E5信号)和升级后的GPS卫星(发射L1、L5信号)数目较少，导致实际应用中双频信号的可用程度较低。不过，由于双频智能手机的L1/E1波段的GNSS观测值质量较先前的单频GNSS手机也有较大改善，因此单频定位性能也得到了改善。目前有研究表明，使用智能手机的双频GNSS数据，事后静态PPP平面定位精度能够优于30 cm，但是定位所需时间相当长(超过100 min)[10]；另外有研究表明在引入差分基准站后，其静态载波双差定位平面精度约为1.0 m(所需时间较短)[11] 。
笔者的先前研究中，将智能手机与测地型GNSS接收机置于相同地点进行同步观测，对比分析了智能手机GNSS观测值的数据质量，发现智能手机观测值中存在伪距观测值和载波相位观测值之间的差值不固定的特性[12]；采用相位平滑伪距差分定位的方式，获得了优于1.5 m平面定位精度[13]；采用双手机钟差参数的静态PPP模型，在短时间获得了亚米级的平面定位精度[14] 。
总体而言，在Google公司开放GNSS观测数据获取的接口后，很多学者开展了基于Android设备原始GNSS观测值的定位研究。早期的相关研究大多基于平板电脑展开，包括伪距单点定位、静态载波双差定位以及利用多普勒观测值、载波相位观测值进行平滑伪距滤波定位等[15-16] 。对于普通智能手机的GNSS定位，单频智能手机普遍较低。双频智能手机出现后，学者们对其进行了数据质量分析，并尝试了静态PPP和静态载波双差等定位测试。目前相关的动态定位研究还较为欠缺。本文据此现状，在先前的静态定位研究基础上展开了智能手机的实时动态PPP和载波相位差分RTK研究，并验证研究方法的实际效果。