2016년 이후에 제조된 안드로이드 스마트폰에서는 반송파 위상 측정치를 포함하는 GNSS 원시 측정치 데이터를 제공하고 있다. 이에 따라 스마트폰을 이용하는 정밀 항법 연구가 활발히 이루어지고 있다. 정밀 항법을 수행하기 위해서 사용자의 위치를 Antenna Reference Point (ARP) 한 점으로 결정할 수 있어야한다. 그런데 GNSS 신호가 실제로 수신되는 위치와 ARP의 위치는 차이가 있으므로 안테나 캘리브레이션이 필수적이다. 안테나 캘리브레이션 을 위해 Phase Center Offset (PCO)와 Phase Center Variation (PCV)를 보상해주어야 하는데, 고가 수신기와 달리 스마트폰에서는 PCO와 PCV를 제공해주지 않는다. 따라서 본 연구에서는 스마트폰 정밀 항법을 위해 스마트폰의 PCO와 PCV를 추정하여 안테나 캘리브레이션을 수행하였다. 스마트폰을 회전시켜가며 다양한 자세에서 반송파 위상 측정치를 수집하고 스마트폰과 가까이 위치한 기준국 측정치와의 이중 차분을 통해 안테나 캘리브레이션을 위한 PCO와 PCV를 추정하는 기법을 제안한다. 이중 차분 잔여 오차를 분석하여 스마트폰 body frame에 대한 bias를 추정한다. 이를 통해 ARP와 신호 수신 중심 사이 거리인 PCO를 추정하고, 각 방향에 따른 신호의 수집 위치를 spherical harmonics로 모델링하여 PCV를 추정한다. PCO와 PCV 보상 이전에 이중 차분 잔여 오차가 시간당 10cm이상 흐르며 정밀 측위에 적합하지 않던 것이 안테나 캘리브레이션 수행을 통해 정밀 측위에 사용하기에 적합한 값으로 보상되는 것을 확인하였다.

Smartphone GNSS Antenna Calibration for Smartphone Precise Positioning

Jong-Heon Kim, Bogeun Cho, Bu-Gyeom Kim, Changdon Kee*, Sunkyoung Yu, JungBeom Kim

Android smartphones manufactured after 2016 provide GNSS raw measurement data including carrier phase measurements. Accordingly, precise navigation research using smartphones is being actively conducted. For precise navigation the user’s position must be determined by one point, Antenna Reference Point (ARP). Antenna calibration is essential because the position where the GNSS signal is actually received differs from the ARP. Phase Center Offset (PCO) and Phase Center Variation (PCV) should be compensated for antenna calibration, however unlike geodetic-quality receivers, PCO and PCV are not provided in smartphones. Therefore, in this study, antenna calibration was performed by estimating the PCO and PCV of the smartphone for smartphone precise navigation. A technique for estimating PCO and PCV is proposed, through collecting carrier phase measurements from various postures by rotating the smartphone and the double difference between the measurements of the reference station located close to the smartphone. By analyzing the double difference residual error, the bias for the smartphone body frame is estimated. Through this, the PCO, the distance between the ARP and the signal reception center, is estimated. The PCV is estimated by modeling the signal collected position according to direction with spherical harmonics. Before the PCO and PCV compensation, the double difference residual error flowed more than 10cm per hour and was not suitable for precise positioning, through antenna calibration, it was compensated to a value suitable for precise positioning.

Keywords: smartphone, smartphone GNSS antenna, antenna calibration

Speaker 김종헌 서울대학교