Android GNSS 通过原始数据计算伪距

Android GNSS 通过原始数据计算伪距

伪距是GNSS定位中最重要的基本参数之一，而智能终端一般不显式地提供伪距，需要通过GNSS原始数据进行计算。关于GNSS原始数据如何获取，请参考上一篇博客：Android获取GNSS原始数据

一、理论部分

伪距计算公式如下：
$$\rho =(t_{RX}-t_{TX})\times c\times 10^9$$
其中：tRX为智能手机接收到信号的时间，tTX为卫星发射信号的时间（从当前GNSS周开始），c为光速。
tTX可以直接通过GnssTime.ReceivedSvTimeNanos()获取；而tRX则无法直接获取，需要经过计算，由于卫星系统的时间基准不同，采用不同的方法。

tRX的计算

1、首先定义在完整GNSS时间中测得的时间tRX_GNSS
$$t_{RXgnss}=TimeNanos-(FullBiasNanos+BiasNanos)$$
2、将其化为GNSS周内秒（取值范围在0~604800s），即将其与604800取模
$$t_{RXgps}=t_{RXgnss}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{d}(weeksecNanos)$$
上面计算的值是GPS时间下的tRX，接下来只需要将BDS、GLONASS 和 Galileo 系统的时间转换到 GPStime 中即可。

3、分系统计算tRX

1. 对BDS系统：$$t_{RX}=t_{RXgps}-14s$$

2. 对 Galileo系统：该系统不使用周内秒，而是使用（0~100ms内的部分）
   $$t_{RX}=t_{RXgnss}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{d}(milliSecondsNanos)$$

3. 对 GLONASS系统：该系统采用日内秒（0~86400s内的部分）
   $$t_{RX}=t_{RXgnss}\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{d}(daysecNanos)+3h-leapsecond$$

二、代码部分

1、建立一个类,定义需要用到的常量，并设置构造函数传入GNSS原始数据

public class GNSSData {
    private GnssMeasurement gnssMeasurement;
    private GnssClock gnssClock;
    private double Pseudorange;//伪距
    private double TRxGnssNanos;//Gnss完整测量时
    private int PRN;
    private int SVType;//卫星类型
    private static final double c=299792458E-9;//光速 单位：m/ns
    private static final double WEEK_SEC = 604800;//周化秒
    private static final double DAY_SEC=86400;//日化秒

    public GNSSData(GnssMeasurement gnssMeasurement, GnssClock gnssClock) {
        this.gnssMeasurement = gnssMeasurement;
        this.gnssClock = gnssClock;
    }
}

2、计算tTX

 double tTx=gnssMeasurement.getReceivedSvTimeNanos()+gnssMeasurement.getTimeOffsetNanos();

3、计算tRx_GNSS

public double getTRxGnssNanos() {
        double bias=0;
        if (gnssClock.hasBiasNanos())
            bias+=gnssClock.getBiasNanos();
        if (gnssClock.hasFullBiasNanos())
            bias+=gnssClock.getFullBiasNanos();
        if (gnssClock.hasLeapSecond())
            bias+=gnssClock.getLeapSecond()*1000_000_000;
        TRxGnssNanos =gnssClock.getTimeNanos()-bias;
        return TRxGnssNanos;
    }

4、获取当前卫星类型，并计算tRX和伪距

因为涉及大数取余，使用BigDecimal避免计算出错

public double getPseudorange() {
	BigDecimal tRx;
	int SvType=gnssMeasurement.getConstellationType();//获取当前卫星类型
	BigDecimal decimal_tRxGnssNanos=BigDecimal.valueOf(getTRxGnssNanos());
	BigDecimal decimal_weekNanos=BigDecimal.valueOf(WEEK_SEC*1e9);
	BigDecimal decimal_dayNanos=BigDecimal.valueOf(DAY_SEC*1e9);
    switch(SvType){
            case GnssStatus.CONSTELLATION_GPS:
                tRx=decimal_tRxGnssNanos.remainder(decimal_weekNanos);//GPS系统
                break;
            case GnssStatus.CONSTELLATION_GLONASS:
                tRx=decimal_tRxGnssNanos.remainder(decimal_dayNanos).add(BigDecimal.valueOf((3*3600)*1E9));//GLONASS系统
                break;
            case GnssStatus.CONSTELLATION_BEIDOU:
                tRx=decimal_tRxGnssNanos.remainder(decimal_weekNanos).subtract(BigDecimal.valueOf(14E9));//BeiDou系统
                break;
            default:tRx=BigDecimal.valueOf(-1);//未定义的卫星类型
        }

	BigDecimal decimal_deltaTime=tRx.subtract(BigDecimal.valueOf(tTx));
	Pseudorange=decimal_deltaTime.abs().multiply(BigDecimal.valueOf(c)).doubleValue();
	if (Pseudorange<1e8 && Pseudorange>1e6)return Pseudorange;//单位：米
	else return -1;
	}