一种获取raw数据并转换为GNSS原始数据的方法与流程

一种获取raw数据并转换为gnss原始数据的方法
技术领域
1.本发明涉及一种数据处理和转换方法，尤其是将raw数据转换为gnss原始数据的方法。


背景技术：

2.谷歌开放了android系统gnss(全球导航卫星系统)观测数据的api(应用程序接口)，用户通过api可以获得gnssclock、gnssmeasurement等gnss数据相关数据类，api提供的类包含计算gnss原始观测值的参数，经过用户的计算转换可以获得伪距、载波相位、多普勒等信息，用于gnss定位。raw数据面临着不同的使用场景，其既可能在本地(用户端)进行传递与解析，也可能上传至边缘云进行解析处理，但目前缺少一种从api的raw数据获取至终端处理的详细方案；另外，从api获取的raw数据中存在数值较大的参数，在传递过程中可能存在数据精度缺失的问题；如果要将raw数据传递至边缘云，更需要简化参数，方便编解码，防止占用过多带宽。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的是提供一种从api获取raw数据并转化为gnss定位可直接使用的观测值的方法，解决raw数据传递中的精度缺失问题，获取高质量原始观测值。
4.技术方案：本发明所述的一种获取raw数据并转换为gnss原始数据的方法，包括如下步骤：
5.(1)获取并存储gnssclock、gnssmeasurement类参数；
6.(2)根据实际带宽需求将类参数进行拆分传递；
7.(3)判断用户端接收到的频率carrierfrequencyhz为哪个卫星导航系统的哪一个卫星频率的观测值；若carrierfrequencyhz与某卫星导航系统的卫星频率curfreq的之差小于阈值，则carrierfrequencyhz为curfreq的观测值；
8.(4)进行raw数据解析，计算伪距、载波相位、多普勒信息用于gnss定位。进一步地，步骤(2)中参数拆分的方法为a＝b*c d，其中a为类参数，b为满足带宽需求的整数数值，c为b的最大倍数，d＜b，避免了底层参数在传递过程中的精度损失。
9.进一步地，步骤(4)中在全球定位系统中计算伪距时，接收接接收信号时间的计算方法为：
10.townanos＝(b*c d)mod(weeksecnanos)
11.其中townanos为周内纳秒，weeksecnanos为一周的纳秒数，weeksecnanos＝604800
×
109ns，选取拆分参数b时，可以将其设定为与周纳秒相关的数值，如倍数或约数，以保证在计算townanos时，不需要全部c个b值，减少计算量数值大小；
12.tr＝townanos timeoffsetnanos-(fullbiasnanos biasnanos)
13.若tr》weeksecnanos，则tr＝t
r-weeksecnanos
14.t
rxgps
＝tr15.其中tr为用户端信号接收时间，timeoffsetnanos为测量时间偏移量，fullbiasnanos为总时钟偏差，biasnanos为时钟纳秒以下偏差，weeksecnanos为一周的纳秒数，t
rxgps
为gps系统中的接收接接收信号时间。进一步地，在北斗卫星导航系统中接收信号时间t
rxbds
＝t
rxgps-14s；在伽利略卫星导航系统中接收信号时间t
rxgalileo
＝t
r mode(millisecondsnanos)，其中millisecondsnanos＝0.1
×
109ns，或t
rxgalileo
＝t
rxgps
；在格洛纳斯导航系统中接收信号时间t
rxglonass
＝t
r mod(daysecnanos) 3h-leapsecond，其中daysecnanos＝86400
×
109ns。
16.进一步地，步骤(4)中计算载波相位φ的方法为φ＝carriercycles carrierphase，其中carriercycles为载波周数，carrierphase为载波相位分数部分；若无法获取carriercycles或carrierphase，则载波相位φ＝c*accumulateddeltarangemeters/f，其中c为光速，f为信号频率，ccumulateddeltarangemeters为集聚距离。
17.进一步地，步骤(2)中参数传递的方法为本机传递或边缘云传递；所述本机传递为在用户端上集成raw数据获取程序和gnss定位程序进行数据解析和gnss定位；所述边缘云传递为在用户端端获取raw数据，再传输至边缘云进行数据解析与gnss定位。
18.进一步地，在所述本机传递中，将raw数据通过jni层传递到c/c 语言中进行数据解析和gnss定位。
19.进一步地，步骤(1)中使用java语言从安卓用户端的api接口进行参数回调，获取gnssclock和gnssmeasurement类参数。
20.有益效果：本发明与现有技术相比的优点在于：(1)通过对数值较大的参数的拆分、传递，避免了底层参数在传递过程中的几十米范围的精度损失，同时方便raw数据上传至边缘云时的编解码工作；(2)对于不同型号用户端的底层参数参差不齐、数据较为杂乱的情况，组合了积聚距离和载波周数两种获取多载波相位观测值的方法，并对可用频率的卫星数进行排序选择，以尽可能获取数量较多、质量较高的观测值；(3)提供了一个完整的提取raw数据并转换为gnss定位可直接使用的伪距、载波和多普勒的方法，形成一个完整的用户端gnss数据转化流程，解决用户端原始数据中无用、错误信息较多，可用数据尤其双频载波较少的问题，为后续的用户端gnss定位提供较好的数据源。
附图说明
21.图1为本发明的方法流程图；
22.图2为本发明的方法架构图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。本实施例中的用户端为android手机，在实际使用中，本发明适用于android系统的gnss领域，包括平板、电脑等移动设备。
24.如图1所示，本发明所述的获取raw数据并转换为gnss原始数据的方法包括如下步骤：
25.(1)手机底层raw数据的获取
26.目前android系统的移动设备的api接口仅支持java程序的接入，首先使用java语言进行参数回调，获取gnssclock、gnssmeasurement类参数，并进行储存。raw数据的获取频率设置为1秒一次(手机输出频率通常是1秒一次)。
27.(2)手机底层raw数据的拆分
28.gnssclock、gnssmeasurement等类参数中存在一些较大的数值，如接收机硬件时间timenanos，其以纳秒为单位，目前数值在10
19
量级，1纳秒的误差反应在距离上为0.3米左右。因而，在计算机中进行处理时，应该对大数值参数进行拆分传递，以防止参数精度的损失。总的拆分原理为：大数值参数a，转换成b*c d的格式，本实施例中b、c分别为一周的纳秒数、整周数，d为不满一周的纳秒。
29.例如，将timenanos拆分为周数weeks、周内秒townanos：
30.weeks＝timenanos/weeksecnanos
31.townanos＝timenanos-weeks
×
weeksecnanos
32.weeksecnanos为一周的纳秒数，weeksecnanos＝604800
×
109ns大数值参数拆分后将很大程度的缩小参数的数值。同样b、c可以为100000000纳秒，100000000纳秒数，d可以为不满100000000纳秒的纳秒数。
33.(3)raw数据的传递
34.raw数据的获取使用java语言进行，为了程序运行的高效率，后续的解算程序通常使用c/c 语言进行，故而需要对raw数据进行传递，此处分为两种情况：
35.①
本机传递，即raw数据获取程序和后续的gnss定位程序均在手机上集成。此处需要通过jni层，将java语言的raw数据传递到c/c 语言中处理，并进行后续的解析与定位。
36.②
边缘云传递，即手机端负责raw数据的获取，随后通过网络传输至边缘云进行解析与gnss定位。传递至边缘云，要涉及到数据的编解码过程。
37.(4)手机信号频率的判断
38.raw数据传递到c/c 层或边缘云以后开始数据解析工作，首先要判断每组gnssmeasurement类参数的频率。导航卫星的定位信号是通过固定的几种频率行传递的。对于同一种定位系统(gps(美国gps导航系统)\bds(中国北斗卫星导航系统)\gal(欧洲伽利略导航系统)\glo(俄罗斯格洛纳斯导航系统))，接收机通常会接收每颗卫星固定频率的信号，用以后续的定位。由于手机接收信号存在较大的不稳定性，需要对频率进行判断，以确定当前信号频率：
39.carrierfrequencyhz-curfreq＜threshold
40.carrierfrequencyhz表示手机接收到的频率(观测值频率)，curfreq表示任意一个该定位系统中的固定频率值，threshold为判断阈值，若小于该阈值则说明carrierfrequencyhz为该导航系统curfreq的观测值。
41.(5)伪距观测值的计算
42.本实施例使用周内秒townanos来计算伪距观测值，在实际使用中可根据拆分后的小数值参数计算伪距，伪距的计算方法如下：
43.对于gps系统：
44.tr＝townanos timeoffsetnanos-(fullbiasnanos biasnanos)
45.若tr》weeksecnanos，则tr＝t
r-weeksecnanos
46.t
rx
＝t
rxgps
＝tr47.其中tr为手机信号接收时间，timeoffsetnanos为测量时间偏移量，fullbiasnanos为总时钟偏差，biasnanos为时钟纳秒以下偏差，weeksecnanos为gps周内秒，t
rxgps
为gps系统中的接收接接收信号时间。
48.对于bds系统，使用bds周内秒来计算伪距：
49.t
rx
＝t
rxbds
＝t
rxgps-14s
50.对于galileo系统，分两种情况：
51.①
使用0～100ms内的部分计算伪距，则:
52.t
rx
＝t
rxgalileo
＝t
r mode(millisecondsnanos)
53.millisecondsnanos＝0.1
×
109ns
54.②
使用galileo周内秒计算伪距，则：
55.t
rx
＝t
rxgalileo
＝t
rxgps
56.对于glonass系统，使用glonass天内秒来计算伪距：
57.t
rx
＝t
r mod(daysecnanos) 3h-leapsecond
58.daysecnanos＝86400
×
109ns
59.其中为leapsecond跳秒。
60.卫星发射信号时间为t
tx
：
61.t
tx
＝receivedsvtimenanos timeoffsetnanos
62.其中receivedsvtimenanos为接收时间，timeoffsetnanos为测量时间偏移。
63.由此可得伪距ρ：
64.ρ＝(t
rx-t
tx
)
×c×
109，c为光速
65.由于手机输出数据质量不一，为避免伪距结果有较大的偏差，这里需要对解算出的伪距ρ进行基本判断，例如若ρ＜50000000m则认为伪距测算基本正确，可以用作定位，否则直接剔除该计算结果，进行下一组观测值的计算。
66.(6)载波相位求取方式的组合
67.手机载波观测值缺失或多频观测值较少是手机gnss定位面临的普遍问题，而结合积聚距离accumulateddeltarangemeters载波周数carriercycles两种方式来求取载波相位观测值，一定程度上可以获取更多的载波相位观测值。
68.载波周数carriercycles和载波相位分数部分carrierphase相较于积聚距离accumulateddeltarangemeters有更好的精度，故而优先使用载波周数和载波相位分数部分来求取载波相位观测值：
69.φ＝carriercycles carrierphase
70.若无法从手机中获取carriercycles和carrierphase，则使用下式获取载波相位观测值：
71.φ＝c*accumulateddeltarangemeters/f，其中c为光速，f为信号频率。
72.联合使用两种载波相位求取的方式，尽量获取更多的载波相位观测值，同时对同种定位系统(gps/bds/glo/gal)同种频率的可用卫星数进行计数，选取可用卫星数较多的频率进行使用。
73.(7)多普勒观测值获取
74.多普勒观测值可以按照下式获取：
75.d＝pseudorangeratemeterspersecond/λ
76.其中pseudorangeratemeterspersecond为伪距速率。
77.同一历元的观测值解析完成后，即可进行gnss定位。