基于Android系统的高精度定位系统和方法

基于Android系统的高精度定位系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种移动设备定位领域的技术，具体涉及一种基于Android系统的高 精度定位系统和方法，基于地基增强系统和差分定位技术，在手机端获得差分数据，运行伪 距差分算法，从而获得尚精度定位。
【背景技术】
[0002] 当前手机终端室外定位技术基本可分为两种，一种是基于运营商基站的定位方 法，该方法利用手机对基站距离的测算来确定手机终端的位置；另一种是基于卫星（GPS、 北斗、GLONASS等）定位的方法，该方法利用手机终端中的定位模块来实现定位。
[0003] 基站定位技术的基本原理是：通信蜂窝基站依据通信能力，将整个通信区域划分 为多个蜂窝碎片区，手机终端通过连接、测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站下行 导频的TOA(TimeofArrival到达时刻）、TD0A(TimeDifferenceofArrival，到达时间 差），根据该测量结果及结合三角估计算法，计算出手机终端的坐标位置；基站定位的精度 主要依赖于基站蜂窝区半径，在基站密集的城市范围内，定位精度范围约在10~100米。
[0004] 手机卫星定位技术的基本原理是：卫星系统播发测距信号的导航电文，导航电文 中含有卫星的位置信息，手机终端定位模块在接收到三颗及以上的卫星信号时，计算终端 到卫星的距离，并结合三角位置交汇解算得出手机终端的位置坐标；手机卫星定位精度误 差来源较多，主要受卫星星历、钟差、多路径误差等影响，普通手机终端定位精度约在10~ 50米。
[0005] 通过对当前市场上普通手机终端定位方法及原理分析可见，普通公众移动手机终 端定位精度只能达到10米及以上精度，无法满足更高精度级别的定位需求。
[0006] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102387242A，公开（公告）日 2012. 03. 21，公开了一种在手机上实现差分GPS的方法及手机，包括以下步骤：A1获取初 始用户位置的坐标、当前卫星的位置和伪距的差分改正量；A2利用所述初始用户位置的坐 标、当前卫星的位置和伪距的差分改正量计算用户位置的坐标改正量；A3利用所述用户位 置的坐标改正量对初始用户位置的坐标进行改正得到改正后用户位置的坐标。然而，差分 GPS技术源自面向测绘领域的专业应用，而手机定位主要面向大众应用，它对高精度定位的 速度、成本，以及可用性都有更高的要求，但该技术并没有解决这些问题；同时，该技术也没 有解决在没有卫星信号情况下手机不能定位的问题。
[0007] 中国专利文献号0附02256352六，公开（公告）日2011.11.23，公开了一种基于物 理层管道技术的定位方法，该定位方法在各基站之间指定发送定位数据的物理层管道；将 定位数据当做业务数据输入物理层管道进行编码、调制，通过射频信道传输；接收端进行时 域帧同步并提取业务数据配置参数，对携带定位数据的物理层管道进行解调；根据解调结 果获取包含距离信息的序列，再对此序列进行自相关及差分计算，去除相位信息，得到传输 时延的估计值，估计移动终端与各基站之间的伪距；采用到达时间定位法或到达时间差定 位法确定移动终端的三维坐标位置。然而，使用该技术进行定位，其精度不高，无法实现米 级精度的定位需求。

【发明内容】

[0008] 本发明针对上述现有技术的缺陷和不足，提出一种基于Android系统的高精度定 位系统和方法，在伪距差分技术的基础上集成Wi-Fi热点、基站定位和IP定位技术，在实 现快速低成本的高精度手机卫星定位的同时，也确保定位的高可用性。
[0009] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0010] 本发明涉及一种基于Android系统的高精度定位系统，包括：定位增强系统和具 有Android操作系统的移动终端，其中：移动终端包括：GNSS定位单元、Android操作系统、 伪距差分计算单元以及人机交互单元，当移动终端内置的GPS定位无法正常工作时，伪距 差分计算单元分别从定位增强系统接收差分数据、从Android操作系统接收来自GNSS定位 单元的卫星原始观测数据和星历，通过差分算法获得高精度定位结果并输出至人机交互单 JL〇
[0011] 所述的Android操作系统向伪距差分计算单元提供接口以访问GNSS定位单元并 获得卫星原始观测数据和星历。
[0012] 所述的定位增强系统包括：卫星观测数据采集模块、差分数据解算模块、Wi-Fi热 点定位模块、基站定位模块、IP定位模块以及服务发布模块，其中：卫星观测数据采集模块 采集基准站的卫星原始观测数据并输出至差分数据解算模块，差分数据解算模块根据卫星 观测数据解码获得伪距值，并计算得到伪距改正数即差分数据，Wi-Fi热点定位模块、基站 定位模块及IP定位模块根据其自带数据库计算得到普通精度定位结果，服务发布模块将 差分数据或普通精度定位结果输出至移动终端。
[0013] 本发明涉及上述系统的基于Android系统的高精度定位方法，包括以下步骤：
[0014] 1)定位增强系统计算差分数据，具体步骤为：
[0015] 1. 1)定位增强系统的卫星观测数据采集模块每秒从基准站获得卫星原始观测数 据，并转发给差分数据解算模块。
[0016] 1. 2)差分数据解算模块对卫星原始观测数据进行解码，获得各基准站观测到的所 有可视卫星的伪距观测值，结合各地面基准站的精准坐标，计算出差分数据。
[0017] 2)移动终端激活定位增强服务，具体步骤为：
[0018] 2. 1)移动终端提交移动终端号码，向定位增强系统申请激活码，增强系统通过短 信发送激活码。
[0019] 2. 2)移动终端将激活码发送给定位增强系统，激活该用户的定位增强服务。
[0020] 3)移动终端申请增强数据，具体步骤为：
[0021] 3. 1)移动终端通过GNSS芯片获得卫星原始观测数据，计算出基本定位信息。
[0022] 3. 2)移动终端读取IP地址、扫描到的WIFI热点地址、基站LANID及CelllD等定 位辅助信息。
[0023] 3. 3)移动终端向定位增强系统发送增强数据申请。
[0024] 4)定位增强系统响应申请，具体步骤为：
[0025] 4. 1)定位增强系统的服务发布模块收到终端申请之后，解析出卫星定位工作状 〇
[0026] 4. 2)当卫星定位工作状态正常，即移动终端能够观测到至少4颗卫星时，服务发 布模块调用差分数据解算模块，计算出差分数据。
[0027] 4. 3)服务发布模块调用Wi-Fi热点定位模块、基站定位模块及IP定位模块，利用 Wi-Fi热点数据库、基站地址数据库及IP地址数据库，计算出普通精度的定位结果。
[0028] 4. 4)服务发布模块将差分数据和普通精度定位结果发送给移动终端。
[0029] 5)移动终端计算定位结果，具体步骤为：
[0030] 5. 1)当卫星定位工作状态正常，即移动终端能够观测到至少4颗卫星时，伪距差 分计算单元计算出高精度差分定位结果，具体步骤为：
[0031] 5. 1. 1)伪距差分计算单元收到定位增强系统返回的伪距差分数据，放入缓存。
[0032] 5. 1. 2)伪距差分计算单元每秒读取GNSS芯片观测到的卫星观测数据。
[0033] 5. 1. 3)伪距差分计算单元每秒采用当前秒的卫星观测数据和星历，以及缓存中最 新的差分数据，运行伪距差分算法，具体步骤为：
[0034] 5. 1. 3. 1)多普勒平滑：探测观测数据中的粗差，根据信噪比和伪距、多普勒值进 行平滑处理。
[0035] 5. 1. 3. 2)定位解算：计算卫星位置、高度角，并进行伪距差分计算以及卡尔曼滤 波处理。
[0036] 5. 1. 3. 3)计算输出数据：进行坐标转换处理、计算参与解算卫星个数、D0P值以及 速度