「編者按」如果手機能夠實現高精度定位，導航再也不出錯、位置共享更精確，就連AR遊戲都會變得更帶感！在攻城獅們的不懈努力下，這樣的日子就快來了。
3月2日，武漢大學測繪學院博士陶賢露，帶來了一堂題爲《基於智能手機GNSS的行人連續定位技術》的北斗智造者線上公開課，分享了基於智能手機開展的衛星及行人慣性導航定位的研究成果。
在讀博士研究生期間，陶賢露的研究方向爲低成本多源傳感器組合導航，他的研究成果曾分別獲2017年第八屆中國衛星導航學術年會和2018 年全球華人導航定位協會學術論壇優秀論文獎。
陶博士公開課的核心內容如下：
什麼是行人導航？
行人導航是指藉助專用設備，對個人進行實時的定位和追蹤，引導用戶快速找到目的地的技術。
行人導航的實現，主要依賴於GNSS和慣性傳感器兩種數據源。這兩種數據源在不同的場景中，各有優勢和劣勢。
GNSS能夠提供絕對定位數據，具有全球、全時可用的特性，在開闊的觀測環境下，可以提供精度較好的定位結果。但是，GNSS信號的傳播容易受到環境干擾，當多路徑效應明顯時，定位精度會顯著降低，因此在實際應用當中，會有一些不足。
慣性傳感器是一種無源導航，主要是利用自身所觀測到的信息，進行累積計算獲得相對位置變化量。這種定位方式的主要優勢是，在GNSS信號缺失的情況下，能夠進行位置信息傳遞，但是主要的問題是存在累積誤差，只能短時間使用。
GNSS技術與慣性導航技術優劣互補形成的解決方案，能夠更好地滿足大衆用戶全域、無縫的定位需求。
Android帶來的新契機
2016年，Android公司宣佈開放其操作系統中的GNSS數據，爲更高精度的行人導航技術出現奠定了基礎。
現在，通過安卓系統的API接口，我們不但可以獲得終端的位置、速度、時間信息以及觀測衛星的分佈情況，還可以獲得終端GNSS芯片輸出的僞距觀測值、相位觀測值、多普勒觀測值。
大量的原始數據結合有效的算法處理之後，我們就可以在智能手機上，體驗到更高精度的位置服務。
手機作爲一種被大量應用的多源傳感器終端，會給高精度位置服務帶來更多的應用場景。
▲Android系統中開放的數據接口
如何獲得GNSS高精度定位？
從Android 7.0以上的智能終端中，我們可以直接編寫程序通過接口函數獲取到相位、信噪比、多普勒等信息，而僞距觀測值需要通過信號傳播時間來計算。此外，目前已有的GnssLogger和Geo＋＋RINEX等工具軟件，也可以幫助大家記錄相應格式的觀測數據。
▲僞距觀測值計算
基於上述方法，我們在武漢大學的操場上進行了數據質量評估和定位結果測試，測試過程中， Nexus9的安卓平板作爲評估設備，並以諾瓦泰測量型設備的結果作爲參考。
▲實驗中的測試設備
數據採集過程中，我們發現Nexus9信噪比數據有比較明顯的波動，且相比於測量型設備低約10 dB-Hz，而高精度設備在開闊環境中，信噪比的變化非常有規律且起伏不大，這表明Android GNSS觀測數據質量不夠穩定。
▲信噪比情況
根據數據質量分析的結論，我們針對Android GNSS的數據特性設計了濾波定位算法，使得采用原始觀測解算的定位結果更具連續性與平滑性。
▲濾波算法模型
行人航位推算方法
什麼是行人航位推算？人在運動過程中每走一步，腳和地面會有一個接觸特徵，這種特徵是一種規律信息，把這些信息利用起來，就能夠得出行人每一步運動的距離，把這個距離累積起來就能夠得到行人每時每刻的位置。
基於手機中的MEMS（微機電系統）傳感器，可以獲得行人每一步運動特徵，但是由於傳感器會產生有一些觀測誤差，就要利用行人航位推算技術去進行誤差的建模、校正，最終獲得更好位置計算結果。
▲基於MEMS的行人導航算法
在實際應用中，將手機GNSS數據與行人航位推算方法相結合，能夠達到優勢互補，實現用戶位置信息的準確、連續解算。目前，武漢大學已經開展了多個相關算法和軟件的研發。