Android智能手机GNSS定位性能分析

张垠; 涂锐; 洪菊; 李芳馨; 苗亚格; 刘明玥

doi:10.12265/j.gnss.2022126

Android智能手机GNSS定位性能分析

doi: 10.12265/j.gnss.2022126

张垠^{1, 2,},
涂锐^{1, 2, 3, ,},
洪菊^{1, 2,},
李芳馨^{1, 2,},
苗亚格^{1, 2,},
刘明玥^{1, 2,}

1.
中国科学院国家授时中心, 西安 710600
2.
中国科学院大学, 北京 100049
3.
中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室, 西安 710600

基金项目: 国家自然科学基金(41974032)

详细信息

作者简介:
张垠：(1995—)，男，硕士，研究方向为Android智能手机高精度定位方法

涂锐：(1985—)，男，博士，研究员，研究方向为GNSS精密定位，测速，时间传递，灾害监测等

洪菊：(1994—)，女，博士，研究方向GNSS精密单点定位增强技术

通信作者:
涂　锐E-mail: turui-2004@126.com

中图分类号: P228.4
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2022-07-11
- 网络出版日期: 2022-11-25

GNSS positioning performance analysis of Android smartphones

ZHANG Yin^{1, 2
,},
TU Rui^{1, 2, 3
, ,},
HONG Ju^{1, 2
,},
LI Fangxin^{1, 2
,},
MIAO Yage^{1, 2
,},
LIU Mingyue^{1, 2
,}

1.
National Time Service Center, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China
2.
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3.
Key laboratory of precision navigation and timing technology, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710600, China

摘要

摘要: 随着全球卫星导航系统(GNSS)的发展和移动通信技术的进步，用户对位置服务(LBS)提出了更高的要求. 本文采用市面上常见的两部Android智能手机采集GNSS数据，对Android智能手机伪距单点定位(SPP)和单频精密单点定位(PPP)算法进行研究，分析了在不同条件下智能手机的SPP、单频PPP定位性能. 结果表明：在使用多普勒平滑伪距和信噪比随机模型的基础上，Android智能手机GPS单系统的SPP定位精度可达3 m，GPS、Galileo、GLONASS、北斗卫星导航系统(BDS)四系统定位精度可达亚米级. 在单频PPP静态定位中，在GPS单系统下，定位精度仅能达到米级，且收敛时间较长；在GPS、Galileo、GLONASS、BDS四系统下，定位精度可达亚米级，且平面方向可在40 min内收敛. 在单频PPP动态定位中，手机的定位精度仅能达到米级.
- Android智能手机 /
- 数据质量控制 /
- 伪距单点定位(SPP) /
- 精密单点定位(PPP)
Abstract: With the development of Global Navigation Satellite System (GNSS) and the progress of mobile communication technology, users put forward higher requirements for location services. In this paper, GNSS data are collected by using two Android smart phones that are common in the market, and the algorithms of standard point positioning (SPP) and single frequency precise point positioning (PPP) of Android smartphone are studied. The positioning performance of SPP and PPP of smart phones under different conditions is analyzed. The results show that based on the random model of Doppler smoothing pseudo range and signal-to-noise ratio, The SPP positioning accuracy of Android smart phone GPS single system can reach within 3 m, and the positioning accuracy of GPS、Galileo、GLONASS、BDS four system can reach sub meter level. In single frequency PPP static positioning, under the single GPS system, the positioning accuracy can only reach meter level, and the convergence time is long; Under GPS、Galileo、GLONASS、BDS four system, the positioning accuracy can reach sub meter level, and the plane direction can converge within 40 min. In single frequency PPP dynamic positioning, the positioning accuracy of mobile single frequency PPP can only reach meter level.
- Android smartphone /
- data quality control /
- standard point positioning (SPP) /
- precise point positioning (PPP)

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图 1 实验环境

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图 2 UR4B0-D接收机GPS系统无平滑+高度角随机模型误差图

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图 3 A 型号手机GPS单系统无平滑+高度角随机模型误差图

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图 4 A型号手机GPS单系统多普勒平滑+信噪比随机模型误差图

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图 5 B型号手机GPS单系统无平滑+高度角随机模型误差图

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图 6 B型号手机GPS单系统多普勒平滑+信噪比随机模型误差图

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图 7 UR4B0-D接收机GPS、Galileo、GLONASS、BDS四系统无平滑+高度角随机模型误差图

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图 8 A型号手机GPS、Galileo、GLONASS、BDS四系统无平滑+高度角随机模型误差图

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图 9 A型号手机GPS、Galileo、GLONASS、BDS四系统多普勒平滑+信噪比随机模型误差图

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图 10 B型号手机GPS、Galileo、GLONASS、BDS四系统无平滑+高度角随机模型误差图

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图 11 B型号手机GPS、Galileo、GLONASS、BDS四系统多普勒平滑+信噪比随机模型误差图

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图 12 静态条件下接收机GPS单频PPP定位结果

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图 13 静态条件下A型号手机GPS单频PPP定位结果

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图 14 静态条件下B型号手机GPS单频PPP定位结果

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图 15 静态条件下接收机GPS、Galileo、GLONASS、BDS单频PPP定位结果

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图 16 静态条件下A型号手机GPS、Galileo、GLONASS、BDS单频PPP定位结果

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图 17 静态条件下B型号手机GPS、Galileo、GLONASS、BDS单频PPP定位结果

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图 18 接收机 PPP GRCE仿动态定位E、N、U方向定位误差

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图 19 A型号手机 PPP GRCE仿动态定位E、N、U方向定位误差

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图 20 B型号手机 PPP GRCE仿动态定位E、N、U方向定位误差

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表 1 两款智能手机具体参数

手机型号	芯片型号	导航功能
A款手机	Broadcom BCM47755	双频GPS、双频Galileo、双频QZSS、单频GLONASS、单频BDS
B款手机	Hisilicon Hi1105	双频GPS、双频Galileo、双频QZSS、单频GLONASS、单频BDS

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表 2 GPS单系统 SPP定位结果统计 m

设备	处理方式	E	N	U
接收机	无平滑高度角随机模型	0.974	0.582	4.058
A型号手机	无平滑高度角随机模型	4.276	4.303	12.621
A型号手机	多普勒平滑信噪比随机模型	2.976	3.093	9.191
B型号手机	无平滑高度角随机模型	3.151	2.666	11.274
B型号手机	多普勒平滑信噪比随机模型	2.412	1.892	9.712

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表 3 GRCE系统静态SPP定位结果统计 m

设备	处理方式	E	N	U
接收机	无平滑高度角随机模型	1.111	0.473	3.832
A型号手机	无平滑高度角随机模型	3.105	2.637	10.254
A型号手机	多普勒平滑信噪比随机模型	2.752	2.003	9.238
B型号手机	无平滑高度角随机模型	3.681	2.468	9.896
B型号手机	多普勒平滑信噪比随机模型	3.481	2.173	9.159

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表 4 不同设备GPS单系统单频PPP定位E、N、U方向误差RMS值 m

设备	E	N	U
接收机	0.130	0.124	0.103
A型号手机	1.382	0.585	1.457
B型号手机	1.761	1.550	1.022

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表 5 不同设备GPS、Galileo、GLONASS、BDS系统静态单频PPP定位E、N、U方向误差RMS值 m

设备	E	N	U
接收机	0.106	0.042	0.174
A型号手机	16.780	9.033	15.955
B型号手机	0.554	0.468	0.782

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表 6 不同设备GRCE系统仿动态单频PPP定位E、N、U方向误差RMS值 m

设备	E	N	U
接收机	0.202	0.116	0.186
A型号手机	-	-	-
B型号手机	1.633	1.196	3.505

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参考文献(7)

[1]	AGGREY J, BISNATH S, NACIRI N, et al. Multi-GNSS precise point positioning with next-generation smartphone measurements[J]. Spatial science, 2019, 65(1): 1-20. DOI: 10.1080/14498596.2019.1664944
[2]	WANG L, GROVES P D, ZIEBART M K. Smartphone shadow matching for better cross-street GNSS positioning in urban environments[J]. Journal of navigation, 2015, 68(3): 411-433. DOI: 10.1017/S0373463314000836
[3]	ELMEZAYEN A, EL-RABBANY A. Precise point positioning using world's first dual-frequency GPS/GALILEO smartphone[J]. Sensors, 2019, 19(11): 2593. DOI: 10.3390/s19112593
[4]	FORTUNATO M, CRITCHLEY-MARROWS J, SIUTKOWSKA M, et al. Enabling high accuracy dynamic applications in urban environments using PPP and RTK on Android multi-frequency and multi-GNSS smartphones [C]//European Navigation Conference (ENC), 2019. DOI: 10.1109/EURONAV.2019.8714140
[5]	WU Q, SUN M, ZHOU C, et al. Precise point positioning using dual-frequency GNSS observations on smartphone[J]. Sensors, 2019, 19(9): 2189. DOI: 10.3390/s19092189
[6]	张小红, 李星星, 郭斐, 等. GPS单频精密单点定位软件实现与精度分析[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2008(8): 783-787.
[7]	CAI C S, GAO Y. Modeling and assessment of combined GPS/GLONASS precise point positioning[J]. GPS solutions, 2013, 17(2): 223-236. DOI: 10.1007/s10291-012-0273-9