【GNSS】 Android GNSS数据采集入门：GNSSLogger完整配置指南

Android GNSS数据采集入门：GNSSLogger完整配置指南

本文内容基于以下SPIE会议论文：

Zixia Shang, “Off-line Data Processing Based on GNSSLOGGER, GNSS System Positioning Data Quality and Accuracy Analysis,” Fourth International Conference on Geology, Mapping, and Remote Sensing (ICGMRS 2023), Wuhan, China, 14-16 April 2023. Proceedings of SPIE, Vol. 12978. DOI: 10.1117/12.3019575

该论文收录于SPIE数字图书馆，分类号：TB96-53，馆藏号：019638/TB96-53/6:V.12978。论文实验数据已上传至GitHub：https://github.com/ZixiaShang/GNSSLOGGER-Data-8

一、为什么要用GNSSLogger？

全球导航卫星系统（GNSS）已经发展成为多系统同时运行的格局，包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗卫星导航系统（BDS）以及欧洲的Galileo。目前，全球共有70-80颗可供GNSS使用的在轨卫星。对于导航和定位来说，数据质量至关重要，它直接决定了GNSS卫星导航定位的精度和可靠性。然而，数据质量会受到外部观测环境、接收器质量以及卫星健康状况等多重因素的影响。

自2016年Google I/O大会宣布Android系统支持获取原始GNSS观测数据以来，移动端高精度定位研究迎来了爆发式增长。GNSSLogger正是Google官方推出的数据采集工具，它可以帮助用户获取原始GNSS测量值、GnssStatus、NMEA数据、导航消息以及RINEX日志。

GNSSLogger的核心功能：

• 记录原始GNSS测量数据（Raw GNSS Measurements）
• 记录GnssStatus（卫星状态信息）
• 记录NMEA语句（标准导航数据格式）
• 记录导航消息（Navigation Messages）
• 记录传感器数据（加速度计、陀螺仪等）
• 生成RINEX格式日志

GNSSLogger可用于手机和手表，是GNSS研究者和开发者最基础、最权威的数据采集工具。

二、设备兼容性：你的手机能用吗？

2.1 Android版本要求

根据Android官方文档：

Android版本	原始GNSS测量支持
Android 10（API 29）及以上	必须支持
Android 9（API 28）及以下	硬件年份2016年或更新的设备必须支持

目前，超过90%的现有Android手机都具有原始测量数据能力。

2.2 支持的测量字段

不同设备的GNSS芯片组不同，支持的字段也有所差异：

• 伪距和伪距率（Pseudorange and pseudorange rate）
• 导航消息（Navigation messages）
• 自动增益控制器（AGC）值
• 累计变化量（ADR）/ 载波相位
• 多频段支持：Pixel、Motorola、Samsung、Xiaomi、OnePlus等厂商的大多数旗舰手机已支持L1和L5频段

⚠️ 特别注意：如果您的设备始终报告可用ADR为0，即使在停车状态下且已停用占空比也是如此，则表明您的设备不支持可用于高精度GNSS的载波相位测量。

三、GNSSLogger的安装方式

方式一：从Google Play安装（推荐）

这是最简单快捷的方式。直接在Google Play搜索 “GnssLogger” 即可安装。

应用由Google官方开发，支持：

• 控制各种数据记录，如原始GNSS测量、GnssStatus、NMEA、导航消息等
• 将GNSS和传感器数据记录为CSV和RINEX文件

方式二：从源码构建（适用于开发者）

如果你需要修改源码或进行二次开发，可以从GitHub获取源码。

详细步骤：

1. 安装Android Studio（如果尚未安装）
2. 克隆项目代码：

   git clone https://github.com/google/gps-measurement-tools.git
   

3. 打开项目：在Android Studio中，选择File -> Open，定位到下载的仓库中的GNSSLogger目录
4. 等待Gradle同步完成
5. 构建项目：点击顶部面板的Build选项卡，选择Rebuild Project
6. 连接手机：确保手机已开启开发者模式和USB调试，并显示在Android Studio的设备列表中
7. 运行应用：点击Run选项卡 -> Run App

四、GNSSLogger的配置与使用

4.1 首页（Home Tab）配置

打开GNSSLogger应用后，在“Home”标签页中可以看到多种数据记录开关：

开关选项	说明	论文中的使用
Fix	记录定位解算结果（含FLP/GPS/NLP）	✅ 开启
Raw	记录原始GNSS测量值（伪距、载波相位等）	✅ 开启
NMEA	记录NMEA语句	按需开启
Rinex	记录RINEX格式数据	按需开启
GnssStatus	记录卫星状态信息	按需开启
Sensors	记录加速度计、陀螺仪等传感器数据	按需开启

论文中的配置：论文《Off-line Data Processing Based on GNSSLOGGER》使用GNSSLogger v3.0.5.6进行数据采集。

4.2 Settings Tab 关键设置

在开始记录之前，建议进行以下设置：

• 开启“Screen Always ON” ：防止屏幕熄灭后应用被系统休眠，导致数据记录中断
• 开启“Location”权限：这是获取GNSS数据的前提
• 开启“Measurement”开关：启用GNSS测量功能

4.3 开始记录数据

Step 1：开启权限
在手机设置中为GNSSLogger授予位置权限。

Step 2：等待卫星可用
在Settings Tab中开启“Location”和“Measurement”开关后，等待显示 “GNSS Measurement are Available” 。该提示在4颗以上卫星可用时才会显示。

Step 3：开始记录
点击 “Start Log” 按钮，应用开始记录数据。论文中的实验在晴朗天气的下午进行数据采集，以尽量减少“雨衰”对卫星信号的影响。

Step 4：停止并导出
完成数据采集后，点击 “Stop Log” 停止记录。

4.4 日志文件位置

日志文件保存在手机的内部存储中：

/Android/data/com.google.android.apps.location.gps.gnsslogger/files/gnss_log/

如果需要将文件导出到电脑进行分析，可以通过USB连接手机后复制该目录下的文件。

五、日志文件格式详解

5.1 行前缀（Row Prefixes）

GNSSLogger输出的每一行都以特定的字符串前缀标识数据类型：

前缀	数据类型	说明
Raw	原始GNSS测量数据	伪距、载波相位、多普勒、C/No等
Fix	定位解算结果	经纬度、高度、速度、精度等
Nav	导航消息	卫星导航电文
NMEA	NMEA语句	标准导航数据格式
Accel / UncalAccel	加速度计数据	m/s²
Gyro / UncalGyro	陀螺仪数据	rad/s

5.2 Fix 行格式（重点）

Fix行是后续MATLAB数据分析中最常处理的数据类型，包含17个CSV字段：

Fix,Provider,Lat,Lon,Alt,Speed,Accuracy,Bearing,UnixTimeMs,...

各字段含义：

列号	字段	说明
1	Fix	固定标识符
2	Provider	定位提供者：FLP / GPS / NLP
3	Lat	纬度（度）
4	Lon	经度（度）
5	Alt	海拔高度（米）
6	Speed	速度（米/秒）
7	Accuracy	定位精度（米）

三种Provider的区别：

Provider	全称	数据来源
GPS	GNSS Location Provider	纯GNSS卫星定位
NLP	Network Location Provider	基站和Wi-Fi接入点定位
FLP	Fused Location Provider	多GNSS数据 + NLP融合定位

论文研究表明，融合系统（FLP）的稳定性、刚性和精度远优于单一GNSS系统（GPS） 。

5.3 Raw 行格式

Raw行记录的是最原始的GNSS观测数据：

• 伪距（Pseudorange）
• 载波相位（Carrier Phase / ADR）
• 多普勒频移（Doppler）
• 载波噪声密度（C/No）

这些数据是进行高精度定位分析的基础。

六、GNSSLogger v3.1 测量屏幕详解（进阶）

借助GNSSLogger v3.1，用户可以在测量屏幕上实时查看和分析原始GNSS数据。

6.1 顶部卡片：GNSS时钟与硬件状态

左上角：显示GNSS时钟数据（对应GnssClock类）

• 当前GNSS时间
• 时钟偏差等信息

右上角：显示GNSS硬件（HW）中断次数（来自GnssClock.getHardwareClockDiscontinuityCount()）

• 当此计数器递增时，表示GNSS信号的连续观测中断了
• 这有助于判断是否启用了占空比周期性调制（一种省电模式）
• 占空比调制开启时，GNSS信号接收会周期性中断，影响高精度定位

6.2 中部卡片：测量结果汇总

“# 有效的测量” ：测量结果被视为有效需要满足的条件：

• 必须在GnssMeasurement.getState()中设置STATE_CODE_LOCK（码锁定）
• 并且设置STATE_TOW_KNOWN（周内时已知）或STATE_TOW_DECODED（周内时已解码）

“# 可用的累积差值范围（ADR）” ：ADR（载波相位）被视为可用于定位的条件：

• 必须设置ADR_STATE_VALID标志
• 不能设置ADR_STATE_RESET（重置）或ADR_STATE_CYCLE_SLIP（周跳）

6.3 底部卡片：单个卫星测量值

底部卡片中，每一行代表一个单独的GnssMeasurement（一颗卫星的一个信号）：

代码类型列：使用RINEX 4.01中定义的代码类型显示GNSS信号的确切类型

• 例如，GPS L1信号的代码类型为“C”，表示L1 C/A码
• GPS L5信号将具有“Q”代码类型

Rx SV Time (ns)列：如果测量结果有效，文本显示为绿色

状态列：显示GnssMeasurement.getState()字段中设置的按位标志的人类可读版本，有效时也显示为绿色

七、数据采集实操建议

基于论文的实践经验，以下是数据采集的关键建议：

建议	说明
选择晴朗天气	减少“雨衰”对卫星信号的影响
选择开阔环境	避免建筑物群遮挡卫星信号
保持屏幕常亮	在Settings中开启“Screen Always ON”
保证设备电量	长时间记录会消耗较多电量
固定设备位置	如需高精度对比，建议使用三脚架固定手机
多设备对比	不同厂商的GNSS芯片性能差异显著

论文中使用的实验设备：

• Xiaomi 22041216C
• Xiaomi M2007J17C
• HUAWEI DBY-W09

八、常见问题与解决方案

问题	可能原因	解决方案
手机不支持原始GNSS	Android版本过低或硬件太旧	检查Android版本≥7.0，确认硬件年份≥2016
日志文件为空	未开启Location或Measurement权限	检查权限设置，等待“GNSS Measurement are Available”提示
ADR始终为0	设备不支持载波相位测量	检查设备是否在支持列表中
信号质量差	处于建筑物密集区域	选择开阔环境采集数据
不同设备结果差异大	GNSS芯片组不同	了解设备具体的GNSS能力

九、下一步预告

本文是 “GNSS数据采集、处理与可视化全流程” 系列的第一篇。在后续文章中，我们将：

• 第二篇：使用GNSSAnalysis和MATLAB对采集的数据进行质量分析
• 第三篇：使用MATLAB读取和筛选GNSSLogger的Fix数据
• 第四篇：基于速度进行分段彩色轨迹绘制
• 第五篇：对比单系统与多系统融合的定位精度
• 第六篇：全流程复盘与工程化建议

十、参考资料

1. GNSS 原始测量数据 | Android Developers
2. 使用 GnssLogger 分析原始测量数据 | Android Developers
3. GPS Measurement Tools GitHub仓库
4. 论文实验数据：https://github.com/ZixiaShang/GNSSLOGGER-Data-8

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📌 系列文章索引：

• 第一篇：Android GNSS数据采集入门：GNSSLogger完整配置指南（本文）
• 第二篇：GNSS数据解析与质量分析：从GNSSAnalysis到MATLAB
• 第三篇：MATLAB读取GNSSLogger数据：Fix记录筛选与提取实战
• 第四篇：MATLAB地理轨迹可视化：基于速度的分段彩色地图绘制
• 第五篇：多GNSS系统定位对比：单系统与融合系统精度分析
• 第六篇：GNSS数据处理全流程复盘：从手机到地图的完整链路