论文总字数：33465字

摘 要

低成本的GNSS卫星信号接收芯片广泛应用于智能手机，这推动了导航定位服务的发展。2016年5月，Google在I/O会议上宣布开发者可以通过使用Android 7.0操作系统的智能手机和平板电脑获取GNSS原始观测数据，这使得国内外大批研究人员开始进行相关实验，这对于智能移动终端的精密定位有重大意义。以此为基础，本次毕设利用Google API接口获取GNSS原始观测数据并结合IGS数据产品在智能手机终端开发手机定位APP。本文主要研究内容及结论如下：

(1) Android智能手机的GNSS原始数据获取。重点阐述了基于Android智能手机的GNSS原始数据获取方法以及不同导航定位系统如何计算得到伪距的方法。

(2) Android智能手机定位模型。通过实验验证了利用载波相位平滑伪距的定位模型相比于伪距单点定位模型能够有效地提高定位精度。其中N方向中误差提高77.10%，E方向中误差提高74.18%，U方向中误差提高50.91%。

(3)不同来源电离层产品比较与定位测试。手机实时定位过程中，电离层延迟会造成定位结果产生偏差，通过广播星历文件进行电离层改正是目前最常用的方法，IGS提供的电离层格网预测文件也可用于手机实时定位的电离层延迟改正。本文采用这两种文件在不同时段同时进行定位测试，测试结果表明: 格网预测文件和广播星历文件对定位精度的影响主要体现在U方向上，且不同时段定位效果差异明显。在电离层较稳定的时段，格网预测文件效果较好，在电离层较活跃时段，广播星历效果较好。

(4) Android智能手机APP的功能开发。实现了将定位结果和定位精度在软件页面显示；将原始观测数据和定位结果以TXT文本格式标准化输出。以百度地图为底图，通过调用API接口，将定位结果实时显示，并实现简单的测图功能。

关键词：GNSS，Android，手机定位，广播星历，格网预测文件，电离层

Abstract

Low-cost GNSS satellite signal receiver chips are widely used in smart phones, which promotes the development of navigation and positioning services. In May 2016, at the I/O conference, Google announced that developers can run smartphones and tablets using Android 7.0 operating system to obtain GNSS raw observation data. This has led a large number of researchers at home and abroad to start relevant experiments, which is of great significance for the precise positioning of smart mobile terminals. On this basis, this project uses the Google API interface to obtain the original GNSS observation data and uses IGS data products to develop mobile positioning APP in smartphone terminals. The main research contents and conclusions are as follows：

(1) GNSS raw data acquisition for Android smartphones. This paper focuses on GNSS raw data acquisition method based on Android smartphone and how different navigation and positioning systems calculate pseudorange.

(2) Android smartphone location model. Experiments show that the positioning model using carrier phase smoothing pseudorange can effectively improve the positioning accuracy compared with the pseudorange single point positioning model. Among them, the error in N direction is increased by 77.10%, the error in E direction is increased by 74.18%, and the error in U direction is increased by 50.91%.

(3) Comparing and locating ionospheric products from different sources. In the process of real-time positioning of mobile phones, ionospheric delay will cause deviation of positioning results. Radio ephemeris file is the most commonly used method to correct ionospheric delay. The ionospheric grid prediction file provided by IGS can also be used to correct ionospheric delay in real-time positioning of mobile phones. In this paper, two kinds of files are used for location test at different time periods. The test results show that the influence of grid prediction file and broadcast ephemeris file on location accuracy is mainly reflected in the U direction, and the location effect is different in different time periods. In the period of stable ionosphere, the effect of grid prediction file is better, and in the period of active ionosphere, the effect of broadcast ephemeris is better.

(4) Function development of App for Android smartphone. The positioning results and positioning accuracy are displayed on the software page, and the original observation data and positioning results are output in TXT text format. With Baidu Map as the base map, the positioning results are displayed in real time by calling API interface, and the simple mapping function is realized.

KEY WORDS:GNSS,Android, Mobile location,Broadcast ephemeris, Grid prediction files, Ionosphere

目 录

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

第一章 绪论1

1.1 研究背景及意义1

1.2 国内外研究现状2

1.2.1 Android智能手机数据获取方面2

1.2.2 GNSS单点定位方面3

1.2.3 IGS数据方面4

1.2.4 百度地图API方面5

1.2.5 研究现状总结与分析5

1.3 主要研究内容5

1.4 论文结构编排6

第二章 Android智能手机GNSS实时数据获取8

2.1 智能手机GNSS原始数据获取8

2.1.1 Android中的API接口8

2.1.2 伪距计算9

2.2 IGS数据获取12

2.2.1 IGS概述12

2.2.2 超快速精密星历(IGU)12

2.3 本章小结14

第三章 电离层折射改正模型15

3.1 广播星历电离层数据获取15

3.1.1 RINEX文件格式15

3.1.2 广播星历电离层改正15

3.2 格网文件电离层数据获取16

3.2.1 IONEX文件格式16

3.2.2 电离层格网数据16

3.3 电离层格网改正18

3.4 本章小结20

第四章 单点定位模型及实验结果分析21

4.1 定位模型概述21

4.1.1 伪距单点定位模型21

4.1.2 定位误差改正21

4.2 定位模型选取与测试23

4.3 静态定位测试与分析25

4.4 本章小结27

第五章 基于Android操作系统的定位APP28

5.1 编程环境28

5.2 软件设计流程28

5.3 软件功能介绍28

5.4 软件应用30

5.5 本章小结31

第六章 总结与展望32

6.1 总结32

6.2 展望32

参考文献34

致谢36

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，简称 GNSS）泛指全球范围内所有的卫星导航系统，其中主要包括美国的 GPS、俄罗斯的 GLONASS、欧洲的 Galileo 和中国的 BDS。 GNSS 功能主要涉及导航、定位与授时服务，广泛应用在军事与民用领域。由于低成本 GNSS 芯片组的出现，越来越多的智能手机开始为大众提供导航和定位服务。截止 2018 年 6 月，全球有 48 亿台装有 GNSS 芯片组的智能手机处于活跃状态。随着科学技术的发展，大众对于 GNSS 提供的定位精度的要求也越来越高。

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