Android手机的GPS和A-GPS定位精度分析

Android手机的GPS和A-GPS定位精度分析

毕景学1、2，镇捷2，郭颖3

（1. 中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221008； 2. 中国测绘科学研究院，北京100830； 3.山东科技大学测绘学院，山东青岛266510）

摘要:

介绍了手机GPS定位的基本原理，使用手机GPS模块定位和A-GPS定位方法在30min内测量同一参考点，并通过定位数据分析了智能手机GPS的室外定位精度. 定位结果表明: 与移动设备集成的GPS模块和GPS在定位精度和稳定性方面存在很大差异；手机GPS模块的定位可以满足导航需求； A-GPS在一定时间内的定位误差小于5m，可用于快速收集地理信息. 为了确保定位的可靠性，需要将测量时间控制在5分钟以内.

关键字: 手机GPS； GPS;定位精度

CLC编号: P228文档标识码: B物品编号: 0494-0911（2016）07-0010-04

具有iOS，Android，WindowsPhone和其他操作系统的智能手机已集成了GPS模块，甚至某些手机还支持GLONASS和北斗定位，请参见表1. 移动导航，移动地图和源自移动定位的移动社交服务带来了极大的便利对人们的服务和丰富人们的日常生活，使得对基于位置的服务（基于位置的服务，LBS）的需求逐年增加. 自从A-GPS技术问世以来，在全世界范围内，科学研究的成果越来越少，在智能手机的室外定位中的应用也越来越多. 主要原因是集成在手机上的GPS定位模块价格便宜，并且性能与实测GPS有很大差异. 远. 谢翔等人研究了在各种室内环境下手机的定位精度[1]. 李传军等人研究了GPS手机差分系统[2]；任超研究了基于GPSOne技术的智能手机的定位精度和可靠性[3]. Zandbergen等. 比较了辅助GPS，WiFi和蜂窝定位技术[4]，还研究了高灵敏度GPS手机的定位精度[5]；除此之外，大多数都是基于手机GPS应用开发的[6-9]. 移动地图之所以具有更好的定位和导航性能，是因为引入了地图约束. 简而言之，微型GPS模块的硬件性能决定了手机GPS的定位效果.

本文使用Redmi Note手机获取卫星状态数据. 有20颗可见卫星，包括10颗GPS卫星，8颗GLONASS卫星和2颗北斗卫星. 在空间限制中仅列出了其中的8个，请参阅表2. 通过分析发现，尽管手机可以捕获GLONASS和北斗卫星信号，但它不参与位置计算，而Android系统和手机手机厂商没有提供GLONASS和北斗定位的开发接口，因此无法分析手机中GLONASS和北斗的定位精度，因此主要侧重于手机GPS定位研究. 为了描述方便，手机GPS定位分为普通GPS模块定位和A-GPS定位.

首先，手机GPS定位技术

1. 手机GPS定位原理如图1所示. 其工作原理与测量GPS接收机相同. 移动GPS定位至少需要4颗卫星才能解决. 不同之处在于，手机的GPS定位精度远低于GPS测量. 它只能满足导航定位，社交应用程序和购物中心的需求. 等待日常应用和娱乐生活.

（1）普通GPS模块定位手机打开普通GPS模块，搜索该区域可见的GPS卫星，利用捕获的卫星信号解算移动用户的位置信息，并将位置信息提供给接口符合NMEA0183传输协议.

（2）A-GPS定位A-GPS是一种结合了GPS卫星定位和无线蜂窝技术的网络辅助定位技术. 由于无线通信蜂窝基站可以实时跟踪卫星，因此当包含A-GPS模块的移动电话发送定位请求消息时，定位服务器可以向移动电话发送一些辅助数据，例如卫星的数量和数量. 小区上可见的位置校正参数，可以缩小卫星搜索范围，缩短搜索时间，并将首次定位（TTFF）的时间减少到几秒钟[10].

如图1所示，系统包括三个部分: 一个是具有A-GPS功能的智能终端；另一个是具有A-GPS功能的智能终端. 第二个是具有卫星跟踪能力的无线蜂窝基站网络. 第三个是A-GPS定位服务器，负责位置计算和位置分配.

2. A-GPS定位工作流程[11] 1）手机通过通信网络将小区附近基站的地址发送到位置服务器.

2）位置服务器将与位置有关的GPS卫星辅助信息（主要是相关GPS卫星的状态）和用于位置计算的辅助信息（GPS卫星星历，导航等）发送到请求定位的手机根据手机的大致位置Message，位置校正数据等）.

3）手机根据相关辅助信息快速搜索可见的GPS卫星，并接收原始的GPS卫星信号.

4）手机解调并接收到原始GPS信息后，计算出手机到卫星的伪距离，并将相关的定位信息发送到位置服务器.

5）位置服务器结合差分GPS参考站或基站的辅助信息来处理接收到的GPS伪距信息，估计手机的位置gps测量的精度，然后通过网络将其发送到手机.

6）手机上的应用程序调用定位结果以进行可视显示.

普通GPS模块定位与A-GPS定位之间的比较如表3所示.

第二，手机GPS定位精度测试

1. 测试说明首先，使用CORS在某个点上获取更准确的WGS-84坐标30秒钟. 该点位于中国测绘创新基地，距高层建筑约40m，观测环境理想，附近无其他干扰.

此时将Samsung Note8手机与独立开发的“ GPS测量和坐标转换”软件一起放置，并分别在GPS模块定位和A-GPS定位模式下观察30分钟，并记录观察数据.

手机GPS测量中的仰角误差远大于10m. 为了避免在平面坐标转换过程中引入高程测量误差，使用高斯投影将经度和纬度投影到高斯平面[12].

2. 测试结果与分析图2和图3是分别描述了移动电话GPS模块定位和AGPS定位的变化趋势，离散度以及x和y方向偏差的精度的.

从图2可以看出，在最初的260 s内，手机GPS观测结果相对稳定，其平面误差约为7m，x方向的误差较小，y方向的偏差较大. ，达到6.2m；在后续的观测过程中，由于GPS的影响，由于内部噪声和模块系统误差的影响，x和y方向都有较大的误差，x方向的误差变化很大，在1190s左右偏差约10m. 点误差的77.8％在5m以内，点误差的55.4％在3m以内. 尽管大多数点误差在5m以内，但它们不在最初的260s稳定间隔内. 定位精度较高的点随机性更高，手机GPS模块的定位精度也不可靠.

从图3可以看出，在最初的10s内定位误差很大，结果接近于GPS模块的定位. 定位精度在16s迅速提高，定位误差约为0.5m. 在280年代后期，A-GPS定位结果稳定可靠. x和y方向偏差均小于0.5m. 3分钟后，随着A-GPS的使用时间增加，定位结果会有很大的波动. GPS模块定位误差的影响大于位置校正数据的校正； 21在第7阶段，点误差的77％在3m以内，而点误差的97.7％在5m以内. 定位精度较高.

比较图2和图3，发现手机GPS模块和A-GPS模块的正常使用时间都比较短，都在5分钟之内；长期使用会产生更大的噪声或漂移，并且对误差的影响将大于基站的影响. 位置校正数据的影响；定位结果过于随机且稳定性差.

三，结论是基于上述检验

数据分析，得出以下结论:

1）在良好观察条件下，手机GPS通用模块的定位精度为5至10m，可用于车载导航，社交网络，商场促销等定位服务没有很高的定位要求.

2）在观测条件良好的环境中，手机A-GPS的定位精度较高，优于5m，更长的观测时间可以提高定位精度，可用于快速的地理信息收集.

3）为了确保手机GPS定位的可靠性，将GPS时​​间的连续使用控制在5分钟以内.

参考文献:

[1]谢翔，景浩，郭继明. 室内手机GPS定位精度研究［J］. 测绘通报，2012（8）: 95-98. [2]李传华，孙立军，陆林涛. GPS手机差分定位系统研究[J]. 测绘科学，2012，37（3）: 50-51. [3]任超，吴伟，彭家斌等. 基于GPSOne技术的智能手机定位精度和可靠性研究［J］. 测绘通报，2012（2）: 54-55. [4] ZANDBERGENPA. iPhone定位精度: 辅助GPS，WiFi和蜂窝定位的比较[J]. 地理学报，2009，13（S1）: 5-25. [5] ZANDBERGENPA，BARBAUUSJ. 高灵敏度GPS手机的辅助GPS数据位置精度[J]. 导航学报，2011，64（3）: 381-399. [6]夏飞阳. 基于Android移动平台的自动出行系统的设计与实现[D]. 广州: 华南理工大学，2011. [7]翟玉山. 基于Android平台的手机地图设计与实现[D]. 西安: 西安电子科技大学，2012. [8]范立伟. 基于Android平台的手机防盗系统的设计与实现[D]. 大连: 大连理工大学，2012. [9]张志清. 基于Android的移动社交产品客户端的设计与实现[D]. 北京: 北京交通大学，2012. [10]马云. 手机AGPS辅助定位技术的研究与优化[D]. 北京: 北京邮电大学，2008. [11]曹可. 基于智能手机的A-GPS定位技术的研究与实现[D]. 成都: 电子科技大学，2007. [12]毕敬学gps测量的精度，郭颖，张定凯，等. 基于CORS的高精度实时坐标转换方法研究[J]. 测绘科学，2015，40（1）:

98-101.

本文是由安徽GPS组织和编辑的.

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