基于半参数思想的手机测距信息高精度融合定位方法:以北斗和WiFi-RTT为例
批准号:
42104027
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
汪亮
依托单位:
学科分类:
卫星大地测量学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
汪亮
中文摘要
智能手机是实现大众高精度位置服务的最重要载体。利用智能手机实现高精度定位,除了面临测距信息精度差之外,还存在“系统误差不稳定、噪声分布非高斯、功耗要求极苛刻”等共性问题。针对此,本项目首先深入研究手机测距信息中特殊系统误差的产生机理与变化机制;在此基础上,提出基于半参数回归思想的智能手机高精度定位数据处理方法,通过实现观测模型与随机模型之间的自适应平衡,同步解决手机数据“系统误差不稳定”与“噪声分布非高斯”的问题;进而,提出半参数回归思想下的必要参数最简化方法,设计高精度定位的低功耗处理策略,突破手机对“功耗要求极苛刻”的应用障碍。最后,以北斗和WiFi-RTT为例开展测试验证,实现手机动态亚米级高精度定位。本项目是申请人已有研究工作的延续和拓展,研究成果可进一步丰富手机高精度定位理论与方法,并为手机芯片级低功耗高精度定位提供技术支撑,亦可推动北斗PPP-B2b服务落地手机实现泛在应用。
英文摘要
Smartphone is the most important terminal for the realization of mass-market high-precision location-based services. In addition to the poor accuracy of ranging observations, there are also some common problems in using smartphones to achieve high-precision positioning, such as unstable systematic errors, non-Gaussian distribution noise, and strict power-consumption limitation. In view of this, the generation mechanism and variation characteristics of special systematic errors in smartphone ranging observations will be first investigated thoroughly. Then, a precise positioning method for smartphone is proposed based on the semiparametric regression idea. By realizing the adaptive balance between the observation model and stochastic model, the problems of unstable systematic errors and non-Gaussian distribution noise of smartphone data are solved simultaneously. To break through the application barrier of strict power-consumption limitation for smartphones, the most simplified method of essential parameters is proposed under the idea of semiparametric regression, and a low-power-consumption processing strategy for high-precision positioning is designed accordingly. Finally, the BDS and WiFi-RTT are taken as examples to realize the sub-meter-level fusion positioning in kinematic mode in smartphones. This project is the continuation and expansion of the applicant's recent research works. The outcomes of relevance can not only further enrich the theory and method of high-precision positioning with smartphones, but also provide technical supports for the implementation of low-power-consumption high-precision positioning on smartphone chip and promote the ubiquitous application of BDS PPP-B2b service in smartphones effectively.
智能手机是实现大众高精度位置服务的最重要载体。利用智能手机传感器实现高精度定位,存在测距信息精度差、系统误差不稳定、噪声分布非高斯、功耗要求极苛刻等难题。面向智能手机低功耗高精度定位需求,本项目以北斗/GNSS和WiFi-RTT为例开展研究,深入认识了智能手机端原始测量数据特征与误差变化特性,设计了基于机器学习方法的智能手机北斗/GNSS、WiFi-RTT视距/非视距信号分类检测识别方法,提出了面向智能手机北斗/GNSS、WiFi-RTT测距信息的半参数估计定位模型和数据处理方法,建立了适用于智能手机的北斗/GNSS、WiFi-RTT高精度定位与数据质量控制方法及低功耗解算策略,为在智能手机上实现高精度低功耗定位提供方法与技术支撑。同时,项目研发了面向Android智能终端的实时高精度定位软件,实现WiFi-RTT定位平面精度2-3m、北斗/GNSS动态PPP定位平面精度约1-1.5m,全系统定位平均耗时仅约50ms、双系统定位平均耗时仅约15ms,在实现智能手机高精度定位的同时有效降低了智能手机定位功耗。项目的实施为推动我国北斗PPP-B2b等星基高精度服务落地智能手机实现大众应用提供了技术支撑。研究成果发表项目标注期刊论文6篇,其中,SCI期刊4篇、EI期刊1篇;做国际学术会议口头报告2次;申请发明专利3项并已授权1项;授权软件著作权1项;相关成果荣获北京市自然科学二等奖、《卫星导航》年度优秀论文奖等重要奖励。项目负责人入选北京市科技新星计划创新新星、中国科学院空天院“未来之星”等重要人才计划项目。
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