WiFi RTT真成導航通信融合突破口嗎？

WiFi往返時間（RTT）高精度測量，給導航通信融合找到了突破口！高精度大眾化應用的日子很快會來到，是這樣嗎？近在咫尺，還是遠在天涯？這裡介紹用安卓智慧型手機，主要通過WiFi RTT技術達到一米精度的案例，以饗讀者。這是《GPS World》雜誌剛剛發布的一篇文章《How to achieve 1 meter accuracy in Andriod》，談到了這一問題。這就是說，由於硬體技術標準和應用程式編程接口（API）同時發展，才可能使得一米定位精度成為現實。尤其是可以形成室內外融合定位解決方案。

我們可能在不知不覺中發現，在購物中心和辦公大樓內時，你的智慧型手機導航似乎比幾年前更準確了。這是因為人們在穩定地改進了針對Wi-Fi定位的Android算法和機器學習。在智慧型手機中提供一米的定位精度，其關鍵技術是：Wi-Fi RTT（往返時間），與GPS雙頻和載波相位測量。

Wi-Fi 的RTT及其工作原理。通常人們通過接收Wi-Fi信號強度指示（RSSI），將距離作為信號強度的函數，來計算確定室內位置。顯然這種方法的定位精度不會很精準，且容易受環境因素的影響。Wi-Fi RTT測量所使用的是傳播時間而不是信號強度，它測量的是Wi-Fi RF數據包從接入點發送到手機並再次返回所需的時間，如果將Wi-Fi數據包的總往返時間乘以光速並除以2，就可以獲得兩者之間的距離。事實證明，如果能多次執行此過程，實際上會獲得更高的精準度，因此協議允許這樣做，從而啟用一系列FTM數據包。通常會對這些交易中的大約八個數據包進行觸發，系統可以計算測距統計數據，例如均值和方差。從而能夠更準確地繪製地圖上的位置，由於精準度的提高還允許人們更容易地計算運動軌跡。如果對終端附近的多個WiFI接入點進行距離測量，用來進行位置計算。如果測量距離次數越多，所計算得到的位置就越精準。如果可以使用至少四個接入點的距離測量量，那在大多數建築物中，能夠實現大約一到兩米的定位精度。2018年開始在Android運用Wi-Fi RTT，基於IEEE 802.11mc測距協議，在Android P中發布公共API。此外，還將此協議的各個方面集成到融合位置提供應用中。在不久的將來，任何時候手機附近都有若干個可用於獲得RTT的WiFi接入點，所得估計位置精度會更高。

利用RTT與其它技術的融合實現定位精度達到1米。一旦獲得距離測量量，就可以進行定位。類似於GPS定位，可以將四個獨立的接入點所得的四個距離利用起來；如果這些距離是準確的，他們將定義在單個點相交的四個圓。實際上，由於每個距離中存在誤差，使用最小二乘法多重定位算法計算最大似然位置。接著，可以通過重複該過程來進一步精化此位置，尤其是在手機移動時。然後使用濾波技術（例如卡爾曼濾波）計算軌跡以優化位置估計。像任何新技術一樣，存在挑戰。發現有時會有恆定的、可能高達半米的距離校準偏移。還會看到明顯的多路徑效應，其中從接入點到手機的非視距路徑上的數據包被接收，而不是在視距路徑上，使得距離看起來更長。這個問題可以通過提供商使用稱為天線分集的技術來解決，但所有這些問題都與算法有關，提供商正在改進這些算法。真正的實用的解決方案，如下圖所示，是RTT與智慧型手機上的其它技術實現集成融合。

把RTT功能集成到融合位置提供商（FLP）的API中。這就是說，還要使用GNSS、蜂窩基站定位和Wi-Fi RSSI（射頻信號場強指示），以及來自加速度計（AC）、陀螺儀（GYRO）和磁羅盤慣性導航，並將所有這些信息融為一體。現在我們將Wi-Fi RTT添加到該組合中，只要附近有RTT功能的接入點，它就會提高融合位置提供商的服務精準度。

RTT API。RTT測量的是兩個Wi-Fi設備之間的往返時間，因此行動電話和接入點都需要支持802.11mc協議。如您所見，RTT可以提供精確的位置估計，精度優於1米，因此在應用程式時需要聲明ACCESS_FINE_LOCATION權限。這就需要在移動設備上啟用位置和Wi-Fi掃描。從RTT測距結果中獲得的信息列表：距離，距離標準偏差，它是多個FTM中多個範圍的標準偏差，FTM測量的嘗試次數和成功測量的次數。同時，智慧型手機上必須增加新的系統功能，名為FEATURE_WIFI_RTT。

GNSS和智慧型手機的GNSS API。自20世紀80年代以來，載波相位精度一直存在於商用GPS接收機中。最新手機會逐步採用這些載波相位測量和雙頻測量的可能性。目前，無處不在的智慧型手機，大多僅擁有GNSS一個頻點。通常是為L1。但是GNSS兼容互操作很快會有個新頻點，名為L5，它得到了GNSS系統廣泛支持，包括GPS、Galileo、BeiDou、QZSS和IRNSS。第二頻率的可用性意味著可以更快地收斂到載波相位精度。在智慧型手機API中，必須支持GNSS測量API。應該需要ACCESS_FINE_LOCATION權限，並且需要啟用位置。其中最相關的方法有以下三種：一是getConstellationType，告知特定衛星屬於GNSS星座中的哪一個；二是getCarrierFrequencyHz，告知特定信號是否在L1或L5頻段上；三是最為重要，getAccumulatedDeltaRangeMeters，告知接收機自開始跟蹤信號以來跟蹤載波所獲得的距離。

這裡紹介的這篇文章所提出的方法，及其所提供的安卓軟體定位用WiFi RTT 的API，和與其它技術集成融合解決方案，都正在，或者很快會付諸實施。這種多模導航通信融合技術，將為保障一定精度的室內外融合定位，打開了一種誘人的局面。