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GNSS di precisione su smartphone per tutti da Google

Le accuratezze delle posizioni fornite dai ricevitori GNSS negli smartphone hanno consentito una vasta gamma di servizi basati sulla localizzazione, tra cui il social networking, il tracking dei veicoli, i servizi meteo e così via. All'altra estremità dello spettro, le apparecchiature GNSS più costose possono fornire precisioni centimetriche e persino millimetriche seguendo segnali su più frequenze e utilizzando componenti per le antenne e per i ricevitori di alta qualità.

Tali ricevitori GNSS vengono utilizzati in una varietà di applicazioni quali il monitoraggio del movimento tettonico, la topografia di precisione, l'agricoltura di precisione, l'esplorazione petrolifera e il controllo delle macchine.
Durante la conferenza "I / O 2016" tenutasi nel maggio 2016, Google annunciò che le misure GNSS raw da smartphone e tablet che eseguono il sistema operativo Android N ("Nougat" = versione 7) sarebbero state messe a disposizione degli sviluppatori. Le implicazioni di questa iniziativa sono significative per la comunità, fornendo possibilità di raggiungere precisioni dell’ordine del metro aprendo le possibilità di utilizzare le misure di pseudorange, Doppler e di fase portante per ottenere posizioni sempre più precise. Anche se le antenne GNSS a basso costo e i chips contenuti negli smartphone non supereranno mai gli strumenti geodetici di fascia alta, è un interessante percorso di ricerca, indagare fino a dove ci possono portare questi dispositivi. Questa opportunità potrebbe a sua volta far emergere nuove applicazioni non previste prima.

Anche se le possibilità di posizionamento ad alta precisione con smartphone erano limitate prima di questo annuncio, gli scienziati e gli ingegneri avevano già cercato di affrontare questo problema. Ad esempio, i ricercatori dell'Università del Texas di Austin utilizzarono un'antenna smartphone per alimentare i segnali GNSS in un ricevitore software costruito nella loro struttura.

Sebbene i segnali ricevuti possono essere colpiti da errori temporali significativi come quelli dovuti al multipath, il posizionamento differenziale nell’ordine del centimeto potrebbe ancora essere raggiunto. È stato inoltre testato l'accesso diretto alle misurazioni GNSS da un firmware smartphone modificato. In un simile esperimento è stata utilizzata un'antenna di tipo geodetico per alimentare i segnali GNSS a uno smartphone Samsung Galaxy S5 modificato che gestisce un chip GNSS Broadcom. L'analisi ha rivelato una polarizzazione non-zero e deriva nelle misurazioni in fase portante che impedivano di calcolare le ambiguità.

Microsoft Mobile ha inoltre prodotto un firmware personalizzato per lo smartphone "phablet" Nokia Lumia 1520, che consente di accedere alle misurazioni GNSS grezze dal ricevitore integrato con il chip interno Qualcomm del telefono. Questi dati, analizzati dai membri dell'Istituto finlandese di ricerca geospaziale, hanno messo in evidenza un rumore di misurazione delle pseudorange dell'ordine di decine di metri e osservazioni della fase portante contaminate da diversi outliers. Di conseguenza, solo il posizionamento a livello del metro potrebbe essere raggiunto.


Ma come si accede alle misure grezze GNSS dal sistema operativo Android N?

Il sistema operativo Android definisce le interfacce di programmazione delle applicazioni (API), tramite una raccolta di protocolli che consentono agli utenti di accedere alle funzionalità del sistema. Le misure grezze GNSS sono contenute nelle classi software GnssClock e GnssMeasurement, che sono descritte nelle API di android.location. Google ha rilasciato l'applicazione GnssLogger insieme al suo codice sorgente disponibile qui: https://github.com/google/gps-measurement-tools/releases

È possibile utilizzare l'applicazione per registrare le misurazioni GNSS in un file di testo oppure utilizzare il codice sorgente per costruire le misurazioni GNSS nella propria applicazione. Nello stesso repository GitHub si trovano anche i dati di misura di test e i file Matlab per la lettura, l'elaborazione e la tracciatura dei dati.

L'applicazione GnssLogger registra i dati di misura in formato testo con valori separati da virgola (csv) e invia il file via Internet al proprio indirizzo di posta elettronica, a Google Drive o a un altro dispositivo di condivisione di file. I campi dati sono descritti nelle classi GnssClock e GnssMeasurement nella documentazione API di android.location online.

Si possono pertanto ricavare formati RTCM o RINEX dalle misurazioni grezze di Android, ma non viceversa senza perdere informazioni.

Gli sviluppatori in questo momento sono invitati a creare applicazioni di registrazione RTCM e RINEX e pubblicarle sul Google Play Store.

I futuri telefoni Android con sistema operativo Android N (o più recente), se associati a chip GPS realizzati nel 2016 o successivo, supportano l'API GNSS raw measurement. Il sistema operativo Android N ci consente ora di accedere alle misurazioni GNSS grezze da smartphone o tablet tramite varie API. Rendere disponibili questi dati apre un mondo di possibilità per gli sviluppatori per la creazione di nuove applicazioni.

Risultati preliminari hanno confermato che le osservazioni pseudorange rumorose possono, al momento, fornire solo precisioni sull’ordine del metro. Tuttavia, l'attuale qualità delle misure di fase portante può consentire di calcolare uno spostamento preciso (al centimetro) di uno smartphone.

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Il preciso posizionamento con smartphone rivela anche una grande quantità di nuovi problemi associati all'utilizzo di questi dispositivi come strumenti ad alta precisione. Ad esempio, l'accuratezza centimetrica può essere raggiunta solo dopo che i centri di fase dell'antenna siano stati caratterizzati. La centratura dei dispositivi sul punto di interesse richiede anche ulteriori indagini. La gestione del telefono cellulare per evitare blocchi del segnale o degradazione della misura richiede sicuramente un'attenzione particolare. Queste aree offrono spazi per migliorare e potrebbero essere l'inizio di una nuova era di ricerca nel posizionamento GNSS ad alta precisione.

Google organizzerà nel prossimo congresso ION un training Raw GNSS Measurements from Android Phones: Theory and Application, per maggiori informazioni vedi qui: https://www.ion.org/gnss/tutorials.cfm#TUT3

Per approfondire:

http://gpsworld.com/location-and-context-advances-in-android/

 


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