Google이 안드로이드 Nougat Operating System (OS)부터 Global Navigation Satellite System (GNSS) 원시 측정치 제공을 발표한 이후로 스마트폰의 측위 성능을 향상시키기 위한 많은 연구가 진행되었다. 하지만 스마트폰에 탑재된 저가의 GNSS 칩의 경우 단일 주파수만을 지원하며, 미지정수 결정 등의 문제로 인해 Real-Time Kinematics (RTK) 및 Precise Point Positioning (PPP)와 같은 고정밀 측위 기술을 적용하기에 한계가 있었다. 2017년 9월 대표적인 GNSS 칩 제조사인 Broadcom에서 다중 위성군 (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, and QZSS)과 이중 주파수 (L1/E1 and L5/E5)를 지원하는 BCM 47755을 발표하였고, 이로 인해 GNSS 분야 연구진들의 이목이 집중되었다. 이후 스마트폰의 이중주파수 측정치를 활용하여 전리층 오차 지연 및 다중 경로 오차 등의 추정이 가능하게 되었으며, 이로 인해 많은 연구에서 스마트폰의 고정 밀 측위 기술 적용을 지나치게 낙관적으로 생각하는 문제가 현재까지 지속되고 있다. 하지만 안드로이드 스마트폰의 경우 낮은 품질의 LP 안테나, 저가형 GNSS 칩 탑재로 인한 잦은 사이클 슬립 발생, 듀티 사이클 이슈 등의 일반 상용 수신기와 는 구조적으로 차이가 있기 때문에 GNSS 원시 측정치의 품질이 매우 좋지 않으며, 일반적인 측위 기술을 그대로 적용하 게 되면 문제가 발생한다. 따라서 본 논문에서는 스마트폰 고유의 제한을 고려하여 L5 측정치 및 보정정보 활용 방법에 대 해 설명하고 반송파 측정치 대신 도플러 측정치 활용하는 실용적인 전략의 가중치 및 필터링 기법을 제시하며, 스마트폰 현장 실험을 진행하여 L5 Differential GNSS (DGNSS), Hatch-filter, Kalman-filter 등을 적용한 결과를 통해 최적의 안드로이 드 스마트 기기의 측위 성능을 향상시킬 수 있는 방법에 대해 기술한다.

Practical Technique for Android Smart Device Position Accuracy Improvement

Jeonghyeon Yun, Cheolsoon Lim, Yongjun Lee, Yebin Lee, Eunyeong Lee, Byungwoon Park*

Since Google announced that it provides Global Navigation Satellite System (GNSS) raw measurements from Android Nougat Operation System (OS), many studies have been conducted to improve the positioning performance of smartphones. However, in the case of the low-cost GNSS chip installed in a smartphone, it only supports a single-frequency, and there is a limit to application high-precision positioning technologies such as Real-Time Kinematics (RTK) and Precise Point Positioning (PPP). In September 2017, Broadcom, a leading GNSS chip manufacturer, announced the BCM 47755, which supports multi-constellations (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou, and QZSS) and dual-frequency (L1/E1 and L5/E5), and researchers in the GNSS field paid attention. Since then, it has been possible to estimate the ionospheric delay and multipath error by using the dual-frequency Android measurements, and for this reason, many studies continue to be excessively optimistic about the application of high-precision positioning technology in the smartphones. However, since Android smartphones are structurally different from general commercial receivers such as low quality LP antennas, frequent cycle slips due to low-cost GNSS chip mounting, and duty cycle issues, the quality of GNSS raw measurements is very poor and problems arise when general positioning technology is applied as it is. Therefore, in this paper, we explain how to use L5 measurements and correction method in consideration of the limitations inherent in smartphones, and present a weighting and filtering technique for practical strategies that utilize doppler measurement instead of carrier-phase measurement. In addition, it describes how to improve the positioning performance of the optimal Android smart device through the results of applying L5 Differential GNSS (DGNSS), Hatch-filter, and Kalman-filter through a field experiment.

Speaker 윤정현 세종대학교