스마트폰 기반의 Global Navigation Satellite System (GNSS)을 활용한 정밀 위치 결정 기술은, 원시 데이터에 대한 접근이 가능해지면서 활발히 연구가 진행되고 있다. 특히, 스마트폰에서 제공되는 반송 파 위상 관측치를 이용하면 cm 수준의 정밀한 위치 결정이 가능하지만, 이를 달성하기 위해서는 안테나 보정이 필수적으로 이루어져야 한다. 그러나 스마트폰은 내장 GNSS 안테나에 대한 보정 정보를 제 공하 지 않기 때문에, 안테나 위상중심(Phase Center Offset, PCO)의 정확한 추정이 필요하다. 본 연구에서는 상대 안테나 보정 방법을 이용해 다양한 GNSS 위성군의 반송파 위상 관측치를 활용하여 Samsung Galaxy S21+ 의 안테나 보정을 진행하였고 각 위성군별 안테나 보정량을 도출하였다. 실험을 통해 위성군별 보정 적용, 통합 보정 적용의 조건에서 안테나 보정 적용 전후의 잔여오차를 비교하였고 동일 모 델의 다른 기기에도 추정된 보정량을 적용해 동일 모델간 일관된 성능을 보이는지 확인하여 재현성을 검증하였다. 또한 RTK 성능을 실험적으로 평가하여 사용자의 위치 오차를 분석함으로써, 스마트폰 안 테나 보정이 스마트폰 GNSS의 위치 정확도 향상에 미치는 영향을 정량적으로 검토하였다. 각 위성군별 보정량을 위치 추정에 통합하여 적용한 경우 수평방향 RMSE가 30% 개선되었으며, 이는 스마트 폰에 서 cm 수준의 위치 결정을 하기 위해서 안테나 보정이 핵심적인 역할을 수행한다는 것을 나타낸다. 이를 바탕으로 다중 위성군 통합 기반 안테나 보정이 단일 위성 시스템 기반 안테나 보정보다 더 높은 정 확도와 정밀도의 위치결정이 가능하다는 것을 확인하였다.

Multi-constellation Antenna Phase Center Offset Calibration for Smartphones

Jeong-Hyeok Ju*, Bong-Gyu Park, Jong-Sung Lee, Kwan-Dong Park

With access to raw Global Navigation Satellite System (GNSS) measurements now available on smartphones, research on precise smartphone-based positioning has become increasingly active. In particular, Centimeter-level positioning accuracy can be achieved by utilizing carrier-phase observations provided by smartphones. However, to reach such precision, antenna calibration is essential. Since smartphones do not provide correction information for the built-in GNSS antenna, it is necessary to accurately estimate the phase center offset (PCO). In this study, a relative antenna calibration method was applied using carrier-phase observations from multiple GNSS constellations to calibrate the antenna of the Samsung Galaxy S21+ and calibration values were derived individually for each satellite system. The estimated calibration parameters were also applied to other devices of the same model to examine whether consistent positioning performance could be achieved across identical hardware, thereby validating the reproducibility of the calibration. In addition, the RTK performance was experimentally evaluated by analyzing user positioning errors, allowing for a quantitative assessment of the impact of antenna calibration on smartphone GNSS positioning accuracy. When the calibration parameters from multiple constellations were integrated and applied, the horizontal RMSE improved by approximately 30%, indicating that antenna calibration plays a crucial role in achieving centimeter-level positioning on smartphones. Based on these findings, it was confirmed that multi-constellation integrated antenna calibration enables more accurate and precise positioning compared to calibration based on a single GNSS system.

Keywords: GNSS, smartphone, antenna calibration, multi-constellation

Speaker 주정혁* 인하대학교