Android GNSS Measurements API

之前介紹過 Google 在 Android 7 (Nougat) 中推出 GNSS measurements API ，由於這個功能受限於硬體韌體設計，暫時只有某些晶片才能支援，包含了 Exynos、Qualcomm、Broadcom BCM4774、Intel WCS2x00 等。預計今年之後會出現越來越多支持 GNSS Measurements API 的手機。

開發者網站提供一個參考列表，包含市面上幾個旗艦手機的對於 Pseudo-range and pseudo-range rate、Navigation messages、Accumulated delta range or carrier、Hardware (HW) clock 等支援現況，也提供了範例程式給開發者參考。

歐洲的全球衛星定位系統 Galileo ，前後也辦了兩次黑客松，參與者 Lukasz Kosma Bonenberg 博士分享一些應用發想，像是 Differential GNSS/RTK、窮人的衛星訊號干擾偵測、窮人的地震感應器、或是用 GNSS Shadowing 改善都市叢林的定位。他也將相關的程式碼發布到 github 上。

依照最近的實驗研究，智慧手機的天線與接受器設計明顯比不上專業的量測儀器，即使有良好的衛星訊號，量測結果仍有一個數量級的差距。但是與過往只有五公尺到十公尺的精確度，已經可以作到公尺等級的精確度。如果硬體設計上可以解決 duty cycling 的侷限，便有機會透過手機做出精度到公分級的低成本 RTK 測量儀器，適合一些不介意耗電速度的使用場景。

L5, Safety of Life 訊號

另外一個值得一提的是，由於近幾年 GPS、Galiao、QZSS 等支援 L5/E5 10Mhz 訊號的衛星總數到達了三十顆，相較於 L1 1Mhz 的定位訊號，10Mhz 在都市叢林中造成的多重路徑傳播影響較小。GPS L5 訊號是一個刻意保留的頻道，更不容易受到干擾。結合 L1,L2 雙頻定位可以作到更高的定位精度。

 

L5 從 Block IIF satellites 之後的新型衛星開始送訊號，第一台是 2009 上線的USA-203。之前支援 L5 的衛星數量不夠多，其覆蓋率未到大眾可用的商業規模。早些時候只有一些專業的量測工具提供 L5 訊號支援，但是 Broadcom 率先針對智慧型手機推出支援 L5 訊號 BCM47755 晶片，受惠於足夠的衛星訊號，可以大幅改善智慧手機的定位精度。預期其他的競爭對手的產品應該可以逐步趕上，希望在 2018 年看到更多支援此功能的的手機硬體產品。

Google’s I/O 2016 的演講[1]提到會支援 Raw GNSS measurements，開放開發者取得 pseudoranges, dopplers and carrier phase 等資料。

過去，這些資料是在 GPS basdband processing 就已經計算處理好，對於一般軟體開發者而言通常直接使用 LocationManager 取得最終的定位資料，而非衛星訊號數值等資料。

對於需要做 GPS 效能調校的硬體、韌體工程師，通常透過 Android HAL API 測試 GPS 訊號。在 Android 中最低階的協議是透過 NMEA sentence 協議取得衛星訊號數值，但是這其實還不夠低階到包含如 pseudoranges 等資料[5][6]。這些 raw data 資料只來自使用該晶片商獨家的 binary protocol，而沒有標準的 API 可用。

Google I/O 的講者 Steve Malkos 的演講 (37分30秒)[7] 其實只提到會拿到原始 GNSS 測量資料。但是他還沒有分享具體的設計會長什麼樣子，另外最大的改變是 GPS, Wi-Fi, Cell 等 Connectivity API 會被從較高階 API 移到底層的 Sensor Hub (low power domain)，這樣可以更省電且有效的計算位址資料。

查了一下 android-n-preview-3 的 codebase，目前 libhardware 的 HAL Interface[2][3] 還沒有改變，上層的 Location API[4] 也還沒有跟著新的設計異動。

繼續期待。

[1]: http://gpsworld.com/google-opens-up-gnss-pseudoranges/ “Google opens up GNSS pseudoranges : GPS World”
[2]: https://android.googlesource.com/platform/hardware/libhardware/+/android-n-preview-3/include/hardware/gps.h “include/hardware/gps.h – platform/hardware/libhardware – Git at Google”
[3]: https://android.googlesource.com/platform/hardware/libhardware/+/android-n-preview-3/include/hardware/sensors.h “include/hardware/sensors.h – platform/hardware/libhardware – Git at Google”
[4]: https://developer.android.com/reference/android/location/GpsSatellite.html
[5]: https://en.wikipedia.org/wiki/Pseudorange
[6]: https://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect “Doppler effect – Wikipedia, the free encyclopedia”
[7]: https://www.youtube.com/watch?time_continue=2251&v=OEvycEMoLUg “Making Android sensors and location work for you – Google I/O 2016 – YouTube”