Android智能手机GNSS数据质量分析

张垠; 涂锐; 洪菊; 李芳馨; 侯福荣

doi:10.12265/j.gnss.2021042501

Android智能手机GNSS数据质量分析

doi: 10.12265/j.gnss.2021042501

张垠^{1, 2},
涂锐^{1, 2, 3, ,},
洪菊^{1, 2},
李芳馨^{1, 2},
侯福荣^{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: 国家自然科学基金项目（41674034，41974032）；中组部、中科院高层次青年人才项目及王宽诚教育基金会

详细信息

作者简介:
张垠：(1995—)，男，硕士研究生，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，博士研究生，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；TN929.53
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出版历程
- 收稿日期: 2021-04-25
- 网络出版日期: 2021-08-13

Quality assessment of Android smartphone with GNSS raw observations

ZHANG Yin^{1, 2},
TU Rui^{1, 2, 3
, ,},
HONG Ju^{1, 2},
LI Fangxin^{1, 2},
HOU Furong^{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)的不断建设，智能手机基于移动位置服务 (LBS)得到了迅猛发展. 文中选取市面上常见的3种手机机型，包括：三星S9+(Exynos)、华为Mate30和华为P40 Pro作为研究对象，并使用北斗星通UR4B0-D高性能GNSS接收机进行同步静态观测实验，从卫星可见数、载噪比(CNR)、卫星高度角和多路径误差等方面，对手机GNSS数据质量进行分析. 结果表明：不同型号手机在观测能力和数据质量方面存在明显差异. Android智能手机的GNSS数据质量较差，CNR较小，且CNR与卫星高度角无明显关系. 此外，多路径误差是影响Android智能手机高精度定位的主要误差项之一.
- Android智能手机 /
- GNSS原始观测值 /
- 数据质量评估 /
- 多路径误差 /
- 静态数据分析
Abstract: With the continuous construction of Global Navigation Satellite System (GNSS), the location-based service (LBS) of smart phones has rapidly developed. In this paper, several commonly used smartphone are selected as research objects, such as Samsung S9+(Exynos), Huawei Mate30, Huawei P40 Pro. the measurement receiver UR4B0-D from BDStar Navigation is used for synchronous static observation experiment. the GNSS raw data quality of Android smartphone is analyzed from the aspects of satellite visibility, carrier-to-noise ratio (CNR), satellite altitude angle, multipath error and so on. The results show that there are obvious differences in observation capabilities and data quality among different smartphones. Android smartphones have poor data quality and low CNR. The CNR of Android smartphones has no obvious relationships with the satellite altitude angle. In addition, multipath error is one of the main errors that affect the high-precision positioning of Android smartphones.
- Android smartphone /
- GNSS raw data /
- data quality assessment /
- multipath error /
- static data analysis

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图 1 实验环境

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图 2 开发者选项开启“强制进行全GNSS测量”

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图 3 接收机可见卫星数

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图 4 三星S9+可见卫星数

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图 5 华为P40 Pro可见卫星数

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图 6 华为Mate30可见卫星数

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图 7 L1频点不同设备不同卫星CNR对比

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图 8 L5频点不同设备不同卫星CNR对比

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图 9 接收机G31卫星CNR与高度角

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图 10 华为Mate30 G31卫星CNR与高度角

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图 11 华为P40 Pro G31卫星CNR与高度角

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图 12 接收机G27卫星CNR与高度角

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图 13 华为Mate30 G27卫星CNR与高度角

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图 14 华为P40 Pro G27卫星CNR与高度角

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图 15 华为Mate30和接收机G04卫星L1频段多路径误差

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图 16 华为Mate30和接收机G04卫星L5频段多路径误差

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图 17 华为P40 Pro和接收机G04卫星L1频段多路径误差

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图 18 华为P40 Pro和接收机G04卫星L5频段多路径误差

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表 1 Android API时钟和测量类字段信息

字段名	所属类	描述
TimeNanos	GNSSClock	手机硬件时间/ns
BiasNanos	GNSSClock	手机本地时钟与GPST亚纳秒级钟差/ns
FullBiasNanos	GNSSClock	手机本地时钟与GPST纳秒级钟差/ns
DriftNanosPerSecond	GNSSClock	钟漂/(ns·s⁻¹)
TimeOffsetNanos	GNSSMeasurement	手机TimeNanos的偏差修正量/ns
ConstellationType	GNSSMeasurement	星座类型
Svid	GNSSMeasurement	卫星编号
ReceivedSvTimeNanos	GNSSMeasurement	GNSS信号在卫星端的发射时间/ns
AccumulatedDelataRange	GNSSMeasurement	载波相位观测值/m
Cn0DbHz	GNSSMeasurement	CNR/（dB·Hz）
PseudorangeRatemeterperSecond	GNSSMeasurement	伪距变化率
CarrierFrequencyHz	GNSSMeasurement	载波频率

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表 2 三款智能手机具体参数

手机型号	芯片型号	可接收卫星频点
三星S9+(Exynos)	Broadcom BCM4775	GPS L1、Galileo E1、QZSS L1、GLONASS G1、BDS B1
华为P40 Pro	Hisilicon Hi1105	GPS L1+L5、Galileo E1+E5a、QZSS L1+L5、GLONASS G1、BDS B1
华为Mate30	Hisilicon Hi1103	GPS L1+L5、Galileo E1+E5a、QZSS L1+L5、GLONASS G1、BDS B1

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表 3 不同终端G04卫星多路径误差 m

终端型号	MP1_RMS	MP5_RMS
北斗星通UR4B0-D	0.014 4	0.010 8
华为P40 Pro	3.227 9	3.424 2
华为Mate30（整体）	2.923 8	4.695 8
华为Mate30（前5 000历元）	2.124 1	1.816 7
华为Mate30（后5 800历元）	3.507 5	6.284 1

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参考文献(11)

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