Despite the prevalence of GPS services, they still suffer from intermittent positioning with poor accuracy in partially shadowed regions like urban canyons, flyover shadows, and factories' indoor areas. Existing wisdom relies on hardware modifications of GPS receivers or power-hungry infrastructures requiring continuous plug-in power supply which is hard to provide in outdoor regions and some factories. This paper fills the gap with GPSMirror, the first GPS-strengthening system that works for unmodified smartphones with the assistance of newly-designed GPS backscatter tags. The key enabling techniques in GPSMirror include: (i) a careful hardware design with microwatt-level power consumption that pushes the limit of backscatter sensitivity to re-radiate extremely weak GPS signals with enough coverage approaching the regulation limit; and (ii) a novel GPS positioning algorithm achieving meter-level accuracy in shadowed regions as well as expanding locatable regions under inadequate satellites where conventional algorithms fail. We build a prototype of the GPSMirror tags and conduct comprehensive experiments to evaluate them. Our results show that a GPSMirror tag can provide coverage up to 27.7 m. GPSMirror achieves median positioning accuracy of 3.7 m indoors and 4.6 m in urban canyon environments, respectively.


翻译:尽管 GPS 服务已经非常普遍,但它们在城市峡谷、飞越阴影和工厂室内等部分遮挡区域内仍然存在间歇性定位和精度不足的问题。现有的解决方案依赖于 GPS 接收器的硬件修改或需要连续插入电源的高耗能基础设施,这在室外区域和某些工厂中很难实现。为解决这一问题,本文提出了 GPSMirror,这是第一个可以在未经修改的智能手机上使用并通过新设计的 GPS 反射标签来提供帮助的 GPS 放强系统。GPSMirror 的关键技术包括:(i)一种精心设计的硬件,其微瓦级功耗将反射敏感度推向极限,以便能够发射足够的 GPS 信号覆盖面逼近规定的限制;(ii)一种新颖的 GPS 定位算法,在有阴影的区域实现了米级精度,并扩大了在卫星不足的情况下定位区域,这是传统算法无法实现的。我们构建了 GPSMirror 标签的原型,并进行了全面的实验评估。我们的结果表明,GPSMirror 标签的覆盖范围可达27.7米。GPSMirror 在室内和城市峡谷环境中分别实现了中位数 3.7 米和 4.6 米的定位精度。

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