安卓智能手機(jī)GNSS單點(diǎn)測(cè)速性能評(píng)估

張嘉驊，陶賢露，朱 鋒

（武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，武漢 430079）

0 引言

使用低成本定位設(shè)備獲取高精度定位結(jié)果，是當(dāng)前大眾位置服務(wù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。文獻(xiàn)[1]詳細(xì)總結(jié)了現(xiàn)有的低成本高精度定位技術(shù)。隨著智能手機(jī)的大規(guī)模普及，基于智能終端的位置服務(wù)成為大眾位置服務(wù)的主要組成部分。文獻(xiàn)[2]通過(guò)實(shí)驗(yàn)，首次證明了基于智能手機(jī)天線得到的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（global navigation satellite system,GNSS）觀測(cè)值，可以獲取厘米級(jí)的高精度定位解。如何基于安卓設(shè)備獲取亞米級(jí)、厘米級(jí)的高精度定位解，諸多學(xué)者主要從原始觀測(cè)數(shù)據(jù)誤差特性分析[3-4]和相位差分定位技術(shù)[5-7]兩大方面展開(kāi)了一系列研究。安卓智能設(shè)備通過(guò)偽距平滑、濾波技術(shù)可獲取亞米級(jí)精度的定位解[8-9]，相位差分定位解精度達(dá)到分米級(jí)甚至厘米級(jí)[10-11]。速度作為描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一項(xiàng)重要參數(shù)，在 GNSS觀測(cè)值噪聲建模、低成本高精度定位算法和GNSS/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（inertial navigation system,INS）組合導(dǎo)航等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。相比高精度定位技術(shù)，基于安卓智能設(shè)備GNSS測(cè)速方面的研究較少。本文使用兩臺(tái)安卓智能手機(jī)開(kāi)展靜態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)，采用多普勒頻移、載波相位中心差分和載波相位歷元間差分（timedifferenced carrier phase, TDCP）三種測(cè)速方法，評(píng)估了安卓智能手機(jī)在不同使用場(chǎng)景中的測(cè)速精度。

1 GNSS單點(diǎn)測(cè)速原理

1.1 多普勒頻移單點(diǎn)測(cè)速

基于偽距觀測(cè)方程可以得出其微分式為

式中：為偽距變化率；為衛(wèi)地距變化率；c為光速；δt˙r為接收機(jī)時(shí)鐘頻漂；δt˙s為衛(wèi)星時(shí)鐘頻漂；分別為電離層、對(duì)流層時(shí)延誤差變化率。

偽距變化率可通過(guò)多普勒頻移觀測(cè)值獲得，即

式中：λ為衛(wèi)星信號(hào)波長(zhǎng)；D為多普勒頻移原始觀測(cè)值。

衛(wèi)地距變化率[12]可表示為

式中：Vs為衛(wèi)星運(yùn)行速度；Vr為定位載體的三維速度；e為衛(wèi)星在接收機(jī)處的單位觀測(cè)矢量。

將式（2）、式（3）代入式（1）得

式（4）中，等號(hào)左邊為待求解的4個(gè)未知參數(shù)，即接收機(jī)三維速度與接收機(jī)時(shí)鐘頻漂等效距離誤差；等號(hào)右邊的衛(wèi)星運(yùn)行速度與衛(wèi)星時(shí)鐘頻漂可通過(guò)導(dǎo)航星歷解算；在采用高采樣率時(shí)，大氣時(shí)延誤差變化率可忽略不計(jì)。

1.2 載波相位中心差分測(cè)速

載波相位中心差分測(cè)速與多普勒頻移測(cè)速的區(qū)別在于獲取偽距變化率的方式不同，偽距變化率可通過(guò)載波相位觀測(cè)值得到，即

式中：φtk-1為tk-1時(shí)刻的載波相位觀測(cè)值；φtk+1為tk+1時(shí)刻的載波相位觀測(cè)值。

1.3 載波相位歷元間差分測(cè)速

載波相位觀測(cè)方程為

式中：φ為載波相位觀測(cè)值；P為衛(wèi)地距；δtr為接收機(jī)鐘差；δts為衛(wèi)星鐘差；I、T分別為電離層、對(duì)流層延遲誤差；N為整周模糊度；Lε為多路徑效應(yīng)和載波相位觀測(cè)噪聲的綜合誤差。

假設(shè)前后觀測(cè)歷元無(wú)周跳，則載波相位觀測(cè)方程歷元間差分式為

式中：φtk-1為tk-1時(shí)刻的載波相位觀測(cè)值；φtk為tk時(shí)刻的載波相位觀測(cè)值；Δ為歷元間單差運(yùn)算因子。

假設(shè)tk-1和tk時(shí)刻的接收機(jī)位置分別為（Xk-1Yk-1Zk-1）、（XkYkZk），前后歷元接收機(jī)位置變化量為（ΔXΔYΔZ），則有

在短時(shí)間內(nèi)，大氣延遲誤差變化量可忽略不計(jì)，將式（8）代入式（7）并線性化得

k

根據(jù)式（9），采用最小二乘法即可求取載體的運(yùn)動(dòng)速度。

1.4 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

本文對(duì)載波相位觀測(cè)值進(jìn)行了周跳探測(cè)與剔除，不做修復(fù)。安卓智能手機(jī)搭載低成本GNSS模塊和線性極化天線，相比測(cè)量型GNSS接收機(jī)，載波相位觀測(cè)值易頻繁發(fā)生周跳。對(duì)于安卓手機(jī)，剔除含粗差的觀測(cè)值不可過(guò)多，這樣會(huì)面臨長(zhǎng)時(shí)間可用衛(wèi)星數(shù)不足，無(wú)法有效進(jìn)行定位測(cè)速等問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本文提出了一種周跳探測(cè)和抗差估計(jì)相結(jié)合的方法。具體為：

1）首先采用多普勒頻移觀測(cè)值構(gòu)造周跳檢驗(yàn)量，剔除相位觀測(cè)值中的大周跳。多普勒頻移觀測(cè)值表示載波相位觀測(cè)值的瞬時(shí)變化率，但又獨(dú)立于載波相位觀測(cè)值，其觀測(cè)值精度不受載波相位發(fā)生周跳的影響。某一觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的多普勒頻移積分值等于這一時(shí)段內(nèi)載波相位觀測(cè)值的變化量，可以采用積分多普勒來(lái)探測(cè)載波相位中的周跳[13]。具體為

式中：Dtk-1為tk-1時(shí)刻的多普勒頻移原始觀測(cè)值；Dtk為tk時(shí)刻的多普勒頻移原始觀測(cè)值；ε為包含觀測(cè)值噪聲在內(nèi)的其他誤差項(xiàng)的綜合影響。

2）剔除大周跳后，根據(jù)載波相位歷元間三次差殘差，采用中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所（Institute of Geodesy and Geophysics, IGG）抗差估計(jì)方案，對(duì)各歷元載波相位觀測(cè)值進(jìn)行抗差估計(jì)。載波相位歷元間高次差呈現(xiàn)出偶然誤差特性，當(dāng)相位發(fā)生周跳時(shí)，在相位歷元間高次差時(shí)間序列中，將會(huì)出現(xiàn)異常值。受硬件制作工藝的影響，低成本GNSS模塊載波相位觀測(cè)值包含有系統(tǒng)誤差。為此，本文將當(dāng)前觀測(cè)歷元每顆觀測(cè)衛(wèi)星的載波相位歷元間三次差與其中位數(shù)做差，構(gòu)造當(dāng)前觀測(cè)歷元的載波相位歷元間三次差殘差，以削弱硬件系統(tǒng)偏差的影響。根據(jù)載波相位歷元間三次差殘差構(gòu)造權(quán)因子，采用 IGG III抗差估計(jì)方案[14]對(duì)載波相位觀測(cè)值進(jìn)行抗差估計(jì)。具體為

根據(jù)測(cè)速的實(shí)際效果，本文建議小米8手機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為MI8手機(jī)）在靜態(tài)場(chǎng)景中，P10和MI8手機(jī)在動(dòng)態(tài)開(kāi)闊場(chǎng)景中，取k0=1.0，k1=2.5；P10手機(jī)在靜態(tài)場(chǎng)景，P10和MI8手機(jī)在動(dòng)態(tài)樹(shù)蔭遮擋場(chǎng)景中，取k0=1.2～1.5，k1=2.5～3.0；P10和 MI8手機(jī)在動(dòng)態(tài)高樓遮擋場(chǎng)景中，取k0=1.5，k1=3.0。

2 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

使用華為P10和MI8兩部安卓智能手機(jī)開(kāi)展了靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。其中，華為P10手機(jī)搭載單頻 GNSS定位芯片且存在占空比機(jī)制，MI8手機(jī)搭載雙頻GNSS定位芯片，不存在占空比機(jī)制。本文采用安卓應(yīng)用程序（GnssLogger）來(lái)獲取安卓手機(jī)GNSS原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。

本文實(shí)驗(yàn)算例中，P10手機(jī)采用美國(guó)全球定位系統(tǒng)（global positioning system, GPS）L1頻率信號(hào)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（global navigation satellite system, GLONASS）G1頻率信號(hào)、歐盟伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo navigation satellite system, Galileo）E1頻率信號(hào)和中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou navigation satellite system,BDS）B1頻率信號(hào)的單頻觀測(cè)數(shù)據(jù)參與速度解算；MI8手機(jī)采用GPS L1/L5頻率信號(hào)、Galileo E1/E5a頻率信號(hào)、日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（quasi-zenith satellite system, QZSS）L1/L5雙頻信號(hào)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，GLONASS G1頻率信號(hào)、BDS B1頻率信號(hào)單頻觀測(cè)數(shù)據(jù)參與速度解算。MI8手機(jī)L5/E5a頻段可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)總體較少，考慮環(huán)境遮擋和觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量等因素，MI8手機(jī)只能在特定運(yùn)動(dòng)區(qū)域和特定觀測(cè)時(shí)段下，實(shí)現(xiàn)雙頻L1/E1與L5/E5a無(wú)電離層組合測(cè)速。為此，本文未采用雙頻L1/E1與L5/E5a無(wú)電離層組合進(jìn)行測(cè)速。

2.1 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)

靜態(tài)實(shí)驗(yàn)于2019年10月23日在武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院四樓樓頂進(jìn)行，連續(xù)觀測(cè)2 h，采樣率為1 Hz。衛(wèi)星截止高度角為10°，信噪比（signal noise ratio,SNR）閾值為20 dB·Hz。靜態(tài)場(chǎng)景中速度參考真值為零。實(shí)驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)設(shè)備放置情況如圖1所示。

圖1 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)設(shè)備放置

圖2給出了靜態(tài)場(chǎng)景中，兩部手機(jī)觀測(cè)時(shí)段可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)。從圖2可以看出，MI8手機(jī)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)時(shí)間序列整體比較平穩(wěn)，P10手機(jī)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)時(shí)間序列具有明顯的起伏，出現(xiàn)了較大波動(dòng)。

圖2 靜態(tài)場(chǎng)景可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)

在靜態(tài)場(chǎng)景中，P10手機(jī)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)為11～20顆，平均可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)為 15.6顆。MI8手機(jī)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)為30～36顆，平均可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)為33.3顆。其中，L5/E5a頻段可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)為 7～9顆，平均可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)為7.9顆。

基于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，圖3給出了靜態(tài)場(chǎng)景中P10、MI8手機(jī)三種測(cè)速方法測(cè)速誤差時(shí)間序列。表1給出了P10、MI8手機(jī)在靜態(tài)場(chǎng)景中，以均方根（root mean square, RMS）表示的測(cè)速精度的統(tǒng)計(jì)值。

從圖3及表 1可以看出，載波相位測(cè)速精度明顯優(yōu)于多普勒頻移測(cè)速。在靜態(tài)場(chǎng)景中，MI8 手機(jī)多普勒頻移在水平和垂直方向上的測(cè)速精度分別為3.8、7.6 cm/s。TDCP法測(cè)速的精度略優(yōu)于相位中心差分測(cè)速的精度。MI8手機(jī)TDCP 法在水平和垂直方向上的測(cè)速精度分別為7 mm/s、1.2 cm/s。相比 MI8手機(jī)，P10 手機(jī)靜態(tài)測(cè)速的精度較差。P10手機(jī)在靜態(tài)狀態(tài)下，開(kāi)啟了占空比[3]，影響了觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)也有所減少。P10手機(jī)多普勒頻移在水平方向上的測(cè)速精度約為2 dm/s，在垂直方向上的測(cè)速精度約為3 dm/s。兩種載波相位測(cè)速法在水平方向上的測(cè)速精度約為1 dm/s，在垂直方向上的測(cè)速精度約為2 dm/s。

表1 P10、MI8在靜態(tài)場(chǎng)景下，三種測(cè)速方法測(cè)速誤差RMS統(tǒng)計(jì)值 單位：m/s

2.2 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)

動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)于 2019年 10月 25日在武漢大學(xué)信息學(xué)部操場(chǎng)及周邊進(jìn)行，分為樹(shù)蔭遮擋、開(kāi)闊和高樓遮擋三個(gè)場(chǎng)景。其中開(kāi)闊場(chǎng)景南北方向在部分時(shí)間段內(nèi)，存在高樓和樹(shù)蔭連續(xù)遮擋。使用小推車(chē)搭載P10、MI8手機(jī)采集動(dòng)態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)搭載諾瓦泰（NovAtel）公司的FSAS-SPAN組合導(dǎo)航系統(tǒng)。用 FSAS-SPAN系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，采用NovAtel商業(yè)軟件IE（Inertial Explorer）獲取實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分（real-time kinematic, RTK）與INS的組合解，并將其作為智能手機(jī)提供運(yùn)動(dòng)速度的真值。實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備放置情況見(jiàn)圖4。

圖4 動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景及實(shí)驗(yàn)設(shè)備放置

圖5給出了三種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中，兩部手機(jī)觀測(cè)時(shí)段內(nèi)可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)。在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中，P10手機(jī)關(guān)閉了占空比[3]，可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)有所增加。P10手機(jī)在動(dòng)態(tài)開(kāi)闊場(chǎng)景中的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)時(shí)間序列較平穩(wěn)。在另外兩種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中，P10手機(jī)的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)時(shí)間序列均出現(xiàn)了不同程度的起伏波動(dòng)，特別是在高樓遮擋場(chǎng)景中，P10手機(jī)的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)時(shí)間序列出現(xiàn)了大波動(dòng)。MI8手機(jī)在三種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)時(shí)間序列整體比較平穩(wěn)，L5/E5a頻段的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)時(shí)間序列，在高樓遮擋場(chǎng)景中出現(xiàn)了明顯波動(dòng)。上述情況表明，P10手機(jī)更易受遮擋環(huán)境的影響。

圖5 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)

圖6給出了P10和MI8手機(jī)在三種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中，TDCP法測(cè)速的位置精度因子（position dilution of precision, PDOP）數(shù)值。

圖6 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的PDOP值

從圖6可以看出，兩部手機(jī)在動(dòng)態(tài)開(kāi)闊場(chǎng)景中的 PDOP值最優(yōu)，其次是動(dòng)態(tài)樹(shù)蔭遮擋場(chǎng)景中的PDOP值。在動(dòng)態(tài)樹(shù)蔭遮擋和高樓遮擋場(chǎng)景中，兩種手機(jī)的 PDOP值時(shí)間序列，均出現(xiàn)了明顯的起伏波動(dòng)，直觀地反映出不同觀測(cè)環(huán)境對(duì)手機(jī)測(cè)速精度的影響。特別是在動(dòng)態(tài)高樓遮擋場(chǎng)景中，兩部手機(jī)的PDOP值時(shí)間序列，均出現(xiàn)了幾處大波動(dòng)。這是由于穿過(guò)高樓時(shí)衛(wèi)星信號(hào)出現(xiàn)失鎖，無(wú)法有效定位和測(cè)速。

圖7給出了MI8手機(jī)G24、J02、C19衛(wèi)星在三種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中（由上向下分別是樹(shù)蔭遮擋、開(kāi)闊和高樓遮擋場(chǎng)景）載波相位歷元間三次差時(shí)間序列，其中G24、J02為雙頻L1/L5信號(hào)衛(wèi)星。

從圖7相位歷元間三次差時(shí)間序列可以看出，受環(huán)境遮擋的影響，MI8手機(jī)載波相位頻繁發(fā)生周跳。即使在動(dòng)態(tài)開(kāi)闊場(chǎng)景中，MI8手機(jī)相位發(fā)生周跳的次數(shù)也較多。這從側(cè)面說(shuō)明了相位周跳探測(cè)和抗差估計(jì)的重要性。相位歷元間三次差時(shí)間序列中的大粗差呈現(xiàn)出周期性趨勢(shì)，特別是在開(kāi)闊場(chǎng)景中，周期性趨勢(shì)更加明顯。這是由于在小推車(chē)動(dòng)態(tài)采集數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)中，多次重復(fù)經(jīng)過(guò)不同場(chǎng)景的既定路線。在高樓遮擋場(chǎng)景中，相位歷元間三次差時(shí)間序列中出現(xiàn)了幾處中斷，這是由于穿過(guò)高樓時(shí)衛(wèi)星信號(hào)受到嚴(yán)重遮擋而引起載波相位短暫失鎖。同一動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中，MI8手機(jī)相同衛(wèi)星在不同頻段的載波相位歷元間的三次差時(shí)間序列呈現(xiàn)出差異性。文獻(xiàn)[15]詳細(xì)分析了 MI8手機(jī)的雙頻衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)特性，評(píng)估了在城市環(huán)境下基于多模雙頻衛(wèi)星信號(hào)的定位性能。

圖7 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景MI8手機(jī)載波相位歷元間三次差

基于動(dòng)態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)，圖8給出了開(kāi)闊場(chǎng)景中，P10、MI8手機(jī)三種測(cè)速方法測(cè)速誤差時(shí)間序列。表2給出了P10、MI8手機(jī)在三種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中測(cè)速誤差的RMS統(tǒng)計(jì)值。

表2 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下P10、MI8測(cè)速誤差RMS統(tǒng)計(jì)值 單位：m/s

圖8 開(kāi)闊場(chǎng)景中P10和MI8手機(jī)測(cè)速誤差時(shí)間序列

在樹(shù)蔭遮擋場(chǎng)景中，受觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響，兩部手機(jī)測(cè)速精度偏低。在同一觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，雙頻MI8手機(jī)的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)更多，其測(cè)速精優(yōu)于P10手機(jī)。在水平方向上，比較三種測(cè)速法測(cè)速精度，兩部手機(jī)均表現(xiàn)出 TDCP法測(cè)速精度最高，載波相位中心差分法次之。P10手機(jī)的多普勒頻移測(cè)速和載波相位中心差分法，在水平方向上的測(cè)速精度分別為3.70、3.4 8 dm/s，P10手機(jī)的TDCP法，在水平方向上測(cè)速精度為3.15 dm/s。MI8手機(jī)的多普勒頻移測(cè)速和載波相位中心差分法，在水平方向上的測(cè)速精度分別為 3.10、2.69 dm/s，MI8手機(jī)的TDCP法，在水平方向上的測(cè)速精度為 2.42 dm/s。在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，由于存在連續(xù)的樹(shù)蔭遮擋，剔除了一些含有粗差的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，這也在一定程度上破壞了衛(wèi)星的空間幾何分布構(gòu)型。兩部手機(jī)在垂直方向上的載波相位測(cè)速精度，均不及多普勒頻移的測(cè)速精度。P10和MI8手機(jī)的三種測(cè)速法，在垂直方向上的測(cè)速精度分別約為4、3 dm/s。

在動(dòng)態(tài)開(kāi)闊場(chǎng)景中，兩部手機(jī)均得到了較好的測(cè)速結(jié)果。在相同觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，P10手機(jī)的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)維持在20 顆及以上，MI8手機(jī)的可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)維持在 35 顆及以上。參考圖6 動(dòng)態(tài)開(kāi)闊場(chǎng)景中，兩手機(jī)TDCP測(cè)速法的PDOP值的時(shí)間序列，TDCP法的 PDOP值的時(shí)間序列除出現(xiàn)幾處明顯波動(dòng)之外，與MI8手機(jī)的PDOP值的時(shí)間序列相接近。MI8手機(jī)在可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)方面，比P10手機(jī)具有優(yōu)勢(shì)，但二者在動(dòng)態(tài)開(kāi)闊場(chǎng)景中，可見(jiàn)衛(wèi)星數(shù)均較為充足，PODP值也較為接近，考慮是MI8手機(jī)部分衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量不及P10手機(jī)的因素，MI8手機(jī)并沒(méi)有顯示出雙頻手機(jī)的優(yōu)勢(shì)，測(cè)速精度略低于 P10手機(jī)。比較三種測(cè)速法在水平方向和垂直方向上的測(cè)速精度，兩部手機(jī)均表現(xiàn)出 TDCP法測(cè)速精度最高，載波相位中心差分法次之。P10手機(jī)的多普勒頻移在水平方向上的測(cè)速精度約為 1 dm/s，在垂直方向上測(cè)速精度約為 1.81 dm/s。兩種載波相位法在水平方向上的測(cè)速精度約為5～6 cm/s，在垂直方向上的測(cè)速精度為6～8 cm/s。MI8手機(jī)的多普勒頻移在水平方向上的測(cè)速精度為 1.32 dm/s，在垂直方向上的測(cè)速精度為 1.72 dm/s。兩種載波相位法在水平方向上的測(cè)速精度約為7 cm/s，在垂直方向上的測(cè)速精度約為10 cm/s。

在高樓遮擋場(chǎng)景中，衛(wèi)星信號(hào)受遮擋嚴(yán)重，載波相位頻繁發(fā)生失鎖且多路徑和純反射非視距（none line of sight, NLOS）信號(hào)引起的非視距誤差較大，使得多普勒頻移和載波相位觀測(cè)噪聲較大。兩部手機(jī)多普勒頻移測(cè)速和載波相位測(cè)速精度均較差。在這一場(chǎng)景中，兩部手機(jī)均表現(xiàn)出TDCP法的測(cè)速精度最差，多普勒頻移的測(cè)速精度最高。兩部手機(jī)的多普勒頻移在水平和在垂直方向上的測(cè)速精度約為5 dm/s。P10手機(jī)的兩種載波相位測(cè)速法，在水平方向上的測(cè)速精度約為5.5 dm/s，在垂直方向上的測(cè)速精度為5～6 dm/s。MI8手機(jī)的載波相位中心差分法和 TDCP法，在水平方向上測(cè)速精度分別約為5、7 dm/s，TDCP法在垂直方向上的測(cè)速誤差達(dá)到1.25 m/s。

在靜態(tài)場(chǎng)景、動(dòng)態(tài)樹(shù)蔭遮擋和開(kāi)闊場(chǎng)景中，相比多普勒頻移測(cè)速和相位中心差分測(cè)速，MI8和P10手機(jī)的TDCP測(cè)速法，顯示出了明顯的精度優(yōu)勢(shì)。圖9 給出了MI8手機(jī)TDCP法在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試場(chǎng)景中的測(cè)速誤差累積分布圖。

圖9 MI8手機(jī)TDCP法在不同場(chǎng)景中的測(cè)速誤差累積分布

從圖9可以看出，在靜態(tài)場(chǎng)景中，MI8手機(jī)的TDCP法，單方向速度分量的測(cè)速精度可達(dá)毫米每秒級(jí)，水平和垂直方向上的測(cè)速精度優(yōu)于5 cm/s。在動(dòng)態(tài)開(kāi)闊場(chǎng)景中，MI8手機(jī)的 TDCP法，單方向的測(cè)速精度可達(dá)厘米每秒級(jí)，水平和垂直方向上的測(cè)速精度優(yōu)于 10 cm/s的觀測(cè)歷元，占比分別約為88%和80%。在動(dòng)態(tài)樹(shù)蔭遮擋場(chǎng)景中，受觀測(cè)環(huán)境的影響，導(dǎo)致 MI8手機(jī)的TDCP法的測(cè)速精度下降。水平和垂直方向上的測(cè)速精度優(yōu)于 10 cm/s 的觀測(cè)歷元占比分別約為28%和40%。在動(dòng)態(tài)高樓遮擋場(chǎng)景中，MI8手機(jī)的TDCP法的測(cè)速精度較差，水平和垂直方向上的測(cè)速誤差大于1m/s 的觀測(cè)歷元占比分別約為5%和7%。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文采用多普勒頻移、載波相位中心差分和載波相位歷元間差分三種 GNSS單點(diǎn)測(cè)速方法，評(píng)估了小米 8和華為 P10安卓智能手機(jī)在靜態(tài)、動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的測(cè)速精度。安卓智能手機(jī)搭載低成本GNSS定位芯片和線性極化天線，載波相位易受觀測(cè)環(huán)境影響而頻繁發(fā)生周跳，安卓智能設(shè)備在嚴(yán)重遮擋場(chǎng)景中（比如高樓連續(xù)遮擋場(chǎng)景），如何獲取高精度的定位測(cè)速結(jié)果，仍是亟待解決的問(wèn)題。上述靜態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景均為安卓手機(jī)在城市使用的典型的場(chǎng)景，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)，為安卓設(shè)備測(cè)速研究提供了一定的數(shù)據(jù)參考。