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標題：GNSS智慧手機定位：進展、挑戰、機遇和未來展望

作者：Farzaneh Zangenehnejad，高揚

主題詞：智慧手機定位；GNSS；載噪比（C/N₀）；精密單點定位（PPP）；實時動態定位（RTK）

（圖片來自作者）

GNSS smartphones positioning: advances, challenges, opportunities, and future perspectives

Farzaneh Zangenehnejad*, Yang Gao

Satellite Navigation(2021)2:24

引用文章:

Zangenehnejad, F., Gao, Y. GNSS smartphones positioning: advances, challenges, opportunities, and future perspectives. Satell Navig2, 24 (2021). https://doi.org/10.1186/s43020-021-00054-y.

PDF檔案下載連結：

https://satellite-navigation.springeropen.com/articles/10.1186/s43020-021-00054-y

Editorial Summary

A review on precise positioning with Android smartphones

Thanks to the new API implemented on Android 7 or later started from 2016, the raw GNSS measurements (i.e., the pseudorange, carrier-phase, Doppler shift and carrier-to-noise density ratio (C/N₀) observations) from smartphones and tablets became accessible. Since then, many researches have been conducted to develop new algorithms to improve the performance of GNSS positioning using these mass-market devices. While with encouraging progress, a number of limiting factors must be overcome in order to support real-world applications including poor antenna quality, difficulty of carrier-phase ambiguity resolution, low availability and integrity in operational environments.

In this review paper, we overview the research works carried out in this field. We first provide a review on raw smartphone observations and quality assessment of GNSS observations from major smart devices including Google Pixel 4, Google Pixel 5, Xiaomi Mi 8 and Samsung Ultra S20 in terms of their signal strengths and carrier-phase continuities. We then provide the current state of smartphone positioning research field until most recently in 2021 and, finally we summarize major challenges and opportunities in this filed.

本文亮點

在過去幾年裡，許多智慧手機都擁有全球衛星導航系統（GNSS）定位功能，使用者可以直接使用智慧手機進行定位。在Android 7 (Nougat) 作業系統釋出後，使用者還可以直接訪問智慧手機和平板電腦的GNSS原始觀測資料，這為在消費級裝置中開發精密定位功能開啟了大門。此後，GNSS智慧手機精密定位備受關注。大量相關文獻的發表也表明了該領域研究的重要性。本文論述了智慧手機精密定位領域目前的研究現狀（截止2021年）。

內容簡介

自2016年起，得益於Android 7以及更高版本作業系統所採用的新型API，直接訪問智慧手機和平板電腦的GNSS原始觀測資料（如偽距、載波相位、多普勒頻移和載噪比（C/N₀）等觀測值）變得切實可行。此後，研究人員開展了大量新演算法的研究，以提高大眾市場裝置的GNSS定位效能。儘管研究已取得了可喜的進展，但若要支援實際應用，還必須克服包括天線質量差、載波相位模糊度難以固定、操作環境中可用性和完好性低等在內的一系列限制性因素。本文對這一領域的研究工作進行了綜述。首先回顧了智慧手機的原始觀測值，從訊號強度和載波相位連續性方面對主要智慧裝置（包括Google Pixel 4、Google Pixel 5、Xiaomi Mi 8和Samsung Ultra S20）的GNSS觀測資料質量評估進行了論述。然後，分析了智慧手機定位領域的研究現狀（截止2021年）。最後，總結了該領域研究所面臨的主要挑戰和機遇。

圖文導讀

圖1 2019-2020年全球GNSS接收機年出貨量

圖2 Android6（Marshmallow）(a)和bAndroid 7（Nougat）(b)系統中的位置API

圖3 四種裝置GPS L1訊號的載噪比(C/N₀)觀測值

圖4 所有GPS衛星的載噪比(C/N₀)平均值

圖5 四種裝置GLONASS L1訊號的載噪比(C/N₀)觀測值

圖6 所有GLONASS衛星的載噪比(C/N₀)平均值

圖7 四種裝置GalileoE1訊號的載噪比(C/N₀)觀測值

圖8 所有Galileo衛星的載噪比(C/N₀)平均值

圖9 GPS載波相位的連續性

圖10 GLONASS載波相位的連續性

圖11 Galileo載波相位的連續性

圖12 以往研究論文中提及的可實現的智慧手機定位精度總結

作者簡介

Farzaneh Zangenehnejad 研究員

本文第一和通訊作者

加拿大卡爾加里大學

▍作者簡介

Farzaneh，卡爾加里大學研究員，指導老師為高揚教授，主要從事智慧手機定位方面的工作，其研究方向包括精密單點定位和智慧手機定位。

高揚 教授

本文作者

加拿大卡爾加里大學

▍作者簡介

高揚，卡爾加里大學地理資訊工程系教授，長期從事GNSS/INS精密導航定位研究以及研究成果的商業產品轉化。

初審：段鵬麗

複審：宋啟凡

終審：金 君

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