Android平台下实时BDS+GPS双系统广域差分定位技术研究

李 杰，秘金钟，李得海，周万振，祝士杰

(1. 山东科技大学,山东 青岛 266590； 2. 中国测绘科学研究院,北京 100830； 3. 浙江省测绘科学技术研究院，浙江 杭州 310012)

Android平台下实时BDS+GPS双系统广域差分定位技术研究

李 杰1，2，秘金钟2，李得海2，周万振1，2，祝士杰3

(1. 山东科技大学,山东 青岛 266590； 2. 中国测绘科学研究院,北京 100830； 3. 浙江省测绘科学技术研究院，浙江 杭州 310012)

随着智能手机的普及，基于移动智能终端的位置服务应用正在飞速扩张。Android智能终端，因其性价比高而占据了大多数用户市场，但定位精度有待提升。因此，利用广域差分增强技术，提升室内外位置服务精度，成为当前研究热点。本文利用Android studio 2.2.2 平台、Java语言及JNI技术，开发了BDS+GPS广域差分定位软件，该软件通过串口读取北斗移动终端原始卫星观测数据，进行差分数据流解析、实时轨道和钟差改正并实现增强定位。在移动终端硬件平台上，运行BDS+GPS实时WAAS软件，分析了定位结果，双系统单频广域定位精度为4 m左右，对于GNSS卫星技术在低成本移动终端位置服务中具有重要应用价值。

移动终端；BDS+GPS；实时广域差分；精度分析

随着现代生活节奏的不断加快，实时获取高精度的地理位置信息正在成为人们最希望得到的信息之一。目前智能手机室内外定位的科研成果较少，应用较多，主要原因是智能手机GPS定位模块在性能上与GPS接收机相差甚远[1-2]，智能手机A-GPS定位模式是目前室外定位方式中使用最广泛的定位方法，在观测条件较好的环境下精度在5 m以内[1]，这对于高精度定位的用户来说远远不够。智能手机室内定位方法较多，如WiFi定位技术、低功耗蓝牙技术、红外线定位技术、超宽带室内定位技术、惯性传感器定位、超声波室内定位技术、射频识别(RFID)室内定位技术、伪卫星定位技术[3]。其优缺点见表1。

综上所述，手机室内外定位技术方法目前还不具备大范围高精度定位能力。而广域差分增强技术延续了卫星定位系统高精度、高效性、低成本、灵活方便等优点。随着移动终端硬件技术的不断改革和发展，以及相关理论的突破，最终将会实现室内外无缝测量定位，其应用前景依然十分广阔。

目前广域差分增强技术已经十分成熟，已经运用到航空、海运、交通管理等各行业，但在智能终端上的应用还处于空白状态，当前普通智能手机GPS定位模块还无法直接读取卫星原始观测数据，而W135北斗移动终端可以接收BDS+GPS单频数据。笔者以Android studio 2.2.2为平台，用Java语言及JNI技术开发了BDS+GPS实时WAAS定位软件，在W135北斗移动终端实现了实时定位。

表1

1 广域差分定位算法

广域差分定位是在大区域范围内均匀地布设少量基准站组成差分GPS网，各基准站独立进行观测并将观测值传送给数据处理中心，由数据处理中心进行统一处理，以便将各个误差分离开来，然后再将卫星星历改正数、卫星钟钟差改正数及大气延迟模型等播发给用户[4-5]，最后由用户接收改正数经行定位。

近年来，基于NTRIP协议通过Internet实时获取GNSS数据得到了广泛应用，NTRIP协议于2004年11月正式成为RTCM标准，可用于发送RTCM2.0及3.0格式的GNSS数据流[6]。本文使用中国测绘科学研究院北斗分析监测中心播发的实时SSR BDS+GPS混合数据流，通过BDS+GPS实时WAAS定位软件解析包含SSR改正信息格式为RTCM3.0的NTRIP数据流[6]，来计算卫星位置、速度、卫星钟差的改正值，最终实现定位[7-15]。

1.1 实时轨道改正

(1)

由于实时产品中位置改正参数是对广播星历算出来的卫星轨道星固系下径向、切向和法向的修正值[6]，因此要想使用卫星位置向量r，就需要将卫星轨道坐标系中的改正向量θ转换到地心地固系O-XYZ中[6-8]。设转换后的改正向量为γ，则

(2)

(3)

1.2 实时钟差改正

根据卫星导航电文中提供的钟差参数，在卫星信号发射时刻tj，计算得到的卫星钟差为δtj。SSR信息中提供的卫星钟差改正参数为：参考时间t0及计算卫星钟差多项式的3个系数[9-10]，即C0、C1、C2。则观测时刻t(对应卫星发射信号时刻tj)卫星钟差的改正数为

(4)

因此，经过差分改正后的卫星钟钟差为

(5)

式中，Vc为真空中的光速。

2 数据处理与分析

为了验证软件系统的精度，共进行了3次试验，在四川省成都市于2016年12月2日进行了两次试验，在北京市于2016年12月15日进行了一次试验。

(1) 普通安卓手机定位试验：在四川省成都市利用成都GORS中心站的BDS+GPS实时观测数据，接入中国测绘科学研究院北斗分析中心提供实时SSR改正信息，选取挂载点为CLK93的实时NTRIP数据流，采样率为1 s共4 h，卫星截止高度角设为35°，在普通手机安装该软件便可接收和解码实时数据流并实现定位，该方法主要是为了验证软件的可靠性。

(2)W135北斗移动终端定位试验：在四川省成都市利用W135北斗移动终端在已知测站进行静态测量，与第一种方法的不同之处在于W135手机接收及解析的是卫星发射的实时观测数据，测试时间为2.5 h，其他配置信息同上。

(3)W135北斗移动终端外接天线定位试验：在北京市利用W135北斗移动终端外接天线在流动站上进行静态测量，具体做法为W135手机与北斗星通手持机CC20利用功分器同时对一台流动站进行测量，手持机CC20为RTK定位模式，并将手持机CC20定位结果作为真实值进行分析。

将定位结果分别与已知精确坐标求差，将所得各分量残差转化到北东天坐标系(N、E、U)下[11]，残差时间序列如图1所示。

图1

为了详细研究定位结果，在图1的基础上对各分量残差进行统计，结果见表2。

表2 3种方案广域差分定位结果统计

剔除率表示剔除残差大于8 m的数据量占成功解算数据量的比值，在一定程度上能反映接收原始数据质量好坏。由表2可以看出，第一种定位方式在精度和剔除率方面上优于后面两个试验，且稳定性更高，主要原因是国家CORS站在观测条件和接收机质量上都远优于后面两组试验。W135手机厂家标称精度为10 m以内，W135手机定位和W135手机外接天线定位两种定位方式在精度上没有明显差别，但在数据质量上外接天线的数据质量更好，造成这一现象的主要原因是硬件性能较低，但其定位精度依然优于普通安卓手机A-GPS定位精度。

3 结 语

本文就普通安卓手机定位、W135北斗移动终端定位、W135北斗移动终端外接天线定位3种方案进行广域差分试验，结果表明，本软件在精度、稳定性、可靠性方面比较突出，由于W135北斗移动终端在接收卫星原始数据中的核心硬件部分性能不是很理想，造成水平方向定位精度较之第一种定位方式略低。但是，随着硬件技术的不断提高，本软件在室内外无缝测量中将具有很高的应用价值。

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ResearchonReal-timeBDS+GPSDualSystemsWideAreaDifferentialLocationTechnologyBasedAndroidPlatform

LI Jie1,2,BI Jinzhong2,LI Dehai2,ZHOU Wanzhen1,2,ZHU Shijie3

(1. Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China; 2. Chinese Academy of Surveying and Mapping,Beijing 100830,China； 3. Zhejiang Academy of Surveving & Mapping,Hangzhou 310012,China)

With the popularity of smart phones,location service applications based on mobile intelligent terminals are rapidly expanding.Android intelligent terminal occupies because of its high cost performance and the majority of the user market,but its positioning accuracy needs to upgrade.Therefore,the usage of wide area differential augmentation technology to improve the accuracy of indoor and outdoor location services,has become the current research hotspot.This paper uses the Android studio 2.2.2 platform,Java and JNI technology to develop the BDS+GPS wide area differential positioning software,the software reads satellite observation data of the original BeiDou mobile terminal,analyzes the difference data flow correct real-time orbit and clock, to achieve augmentation positioning through the serial port.In the mobile terminal hardware platform,we run real-time BDS+GPS WAAS software,analyze the positioning results.Single frequency positioning accuracy of double wide area system is 4 meters,and it has important application value in GNSS satellite technology in low cost mobile terminal location service.

mobile terminal;BDS+GPS;real-time wide area differential;accuracy analysis

2017-03-17;

2017-05-24

国家重点研发计划课题(2016YFB0502105;2016YFB0502101)；国家重点研发计划(2016YFB0501405)；公益性行业专项(B1503)；国家基础测绘科技项目(2016KJ0205)；中国第二代卫星导航系统重大专项项目(GFZX0301040308-06)；国家863计划(2015AA124001)；国家测绘地理信息局科技项目(2016KJ0200;2016KJ0205)；中国测绘科学研究院基本科研业务费(7771604;7771612)；基于北斗/GPS的海量终端1-3米级公众位置服务系统研究及应用(2016C31123)

李 杰(1986—)，男，硕士生，主要研究方向为GNSS广域差分定位。E-mail：uplijie@126.com

李杰，秘金钟，李得海，等.Android平台下实时BDS+GPS双系统广域差分定位技术研究[J].测绘通报，2017(12)：12-15.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0370.

P228

A

0494-0911(2017)12-0012-04