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安卓智能终端GNSS观测值分析和GNSS/PDR融合算法研究

张书维  
【摘要】:在我国基础设施建设快速发展,智慧城市、物联网、基于位置服务等新兴技术方兴未艾的大背景下,智能手机在市场和社会生活中脱颖而出,成为现代人类日常活动不可或缺的一部分。从观察星象、查看地形、绘制简易地图到如今的卫星导航、惯性导航、室内定位,导航定位技术历经多次更新换代,伴随着人类社会的进步获得了长足发展。获取位置信息是智能手机的一大亮点,满足了人类对于导航定位的重要需求,Android系统占据巨大的市场份额,且具有开源的优势,自7.0版本后,Android系统支持输出GNSS原始观测值,为研究智能手机的GNSS定位算法提供了平台。本文针对于Android手机的GNSS原始观测值,测试了多种定位算法在Android手机上的定位性能,鉴于当下手机对于载波相位的硬件约束,手机的使用场景往往是单点定位,以及手机节约功耗的设计准则等多种前提条件,非差单点定位算法和自包含传感器融合算法无疑是最具有可实现性和最符合应用场景的算法。本文介绍了Android系统GNSS原始观测值的获取原理和方法,设计静动态实验,测试伪距单点定位、伪距平滑算法、差分定位和精密单点定位等多种GNSS算法在Android手机上的定位精度。接着,详细介绍了基于Android手机PDR算法的关键步骤,为自包含传感器融合算法打下基础,通过对前人研究的对比分析,选择了PDR关键步骤的数学模型为峰值探测法、线性步长估计模型、加速度计和磁力计航向估计,并经实验验证所选模型的可实现性和可靠性。最后,在前述GNSS算法和PDR算法的基础上,提出了GNSS和PDR融合定位方法,考虑到系统方程的非线性特征,选择扩展卡尔曼滤波对GNSS和PDR进行融合,融合数据为GNSS的点位坐标和PDR的步长和航向,类似于传统惯性导航中的松组合概念,融合算法耦合程度较浅,简单易实现,经实验验证,GNSS和PDR融合算法可以结合两种定位方法的优势,过滤GNSS漂移点,校正PDR算法累计误差,在卫星信号被遮挡的短时间内仍然能提供可靠的定位。该论文有图52幅,表11个,参考文献81篇。


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