傳統(tǒng)Wi-Fi和藍(lán)牙定位解決方案的缺點(diǎn)

例如，Wi-Fi 指紋只能提供低至 10m 左右的精度。Wi-Fi 飛行時間，也稱為往返時間 (RTT) 或 802.11mc，可達(dá)到 1-2m，但功耗較高。雖然該技術(shù)已經(jīng)面世一段時間了，但尚未在現(xiàn)場大規(guī)模部署。

與此同時，使用藍(lán)牙定位設(shè)備傳統(tǒng)上使用“接收信號強(qiáng)度指示器”(RSSI)。基于 RSSI，可以估計所謂的“錨點(diǎn)”參考站和設(shè)備之間的距離，但不能估計設(shè)備相對于錨點(diǎn)所在的角度。通過使用三個或更多錨點(diǎn)，您可以計算設(shè)備的位置，但精度級別只能在三到五米之間。

藍(lán)牙測向：室內(nèi)定位變得更加精細(xì)

藍(lán)牙規(guī)范 5.1 版引入了“測向”功能。這代表著在的室內(nèi)定位能力方面向前邁出了非常重要的一步，以至于它有望解鎖當(dāng)今工程師正在尋求創(chuàng)造的一些改變游戲規(guī)則的產(chǎn)品和服務(wù)。測向不依賴于藍(lán)牙設(shè)備發(fā)出的信號強(qiáng)度來確定其位置。相反，它使用具有多天線陣列的固定錨點(diǎn)來計算角度使用到達(dá)角 (AoA) 或出發(fā)角 (AoD) 技術(shù)來測量信號。通過計算來自/到至少三個錨點(diǎn)的信號的角度，并確定它們相交的位置，您可以獲得附近設(shè)備的亞米級位置讀數(shù)。

u-blox - 室內(nèi)定位圖 1

圖 1。通過計算到達(dá)三個固定錨點(diǎn)的信號的角度，并計算它們的相交位置，您可以在一米范圍內(nèi)識別設(shè)備的位置。

讓我們簡單地看一下這些角度是如何計算的。

在 AoA 設(shè)置中，移動設(shè)備發(fā)出藍(lán)牙測向信號。該信號到達(dá)錨點(diǎn)陣列中的每個天線時，相對于該錨點(diǎn)中的其他天線有輕微的相移。假設(shè)信號傳播平面波，這些相位差可用于計算信號的到達(dá)角。AoA 可用于跟蹤或?qū)崟r定位服務(wù) (RTLS)。

圖 2. 到達(dá)角 (AoA) 設(shè)置根據(jù)多天線陣列中每個天線觀察到的微小相位差來計算傳入藍(lán)牙測向信號的角度。

通過 AoD，信號從錨點(diǎn)上的每個天線發(fā)送到附近的藍(lán)牙設(shè)備。這些信號以輕微的相移到達(dá)該設(shè)備。結(jié)合天線幾何形狀的信息，這些相位差可用于計算信號與錨的偏離角。AoD 是實(shí)施尋路和導(dǎo)航解決方案的有效方法。

圖 3. 出發(fā)角 (AoD) 設(shè)置使接收設(shè)備根據(jù)不同天線發(fā)送的信號之間的相位差來計算信號離開天線陣列的角度。

進(jìn)行測試

我們在許多用例中廣泛測試了藍(lán)牙 5.1 測向技術(shù)。近的一個例子是 AoA 概念驗(yàn)證，我們使用伺服系統(tǒng)創(chuàng)建一個旋轉(zhuǎn)頭，該頭將轉(zhuǎn)向我們正在跟蹤的移動設(shè)備。這將提供明顯的證據(jù)，證明測向解決方案正在發(fā)揮作用。

此特定設(shè)置中的移動設(shè)備是 u-blox 應(yīng)用板，其上帶有 NINA-B406 藍(lán)牙 5.1 低功耗模塊。其廣播范圍設(shè)置為 10m 左右，但如果需要的話可以擴(kuò)展。

在此 POC 中，我們有一個錨點(diǎn)，其中包括帶有 NINA-B411 藍(lán)牙低功耗模塊的 u-blox 天線板和我們的 u-connectLocate 軟件（稍后將詳細(xì)介紹）。天線板包含五個交叉極化天線元件，以確定垂直和水平平面上的輸入信號角度。然后板上的軟件計算到達(dá)角。然后，該信息用于實(shí)時旋轉(zhuǎn)移動頭以面向移動設(shè)備。

下面的視頻顯示了實(shí)際設(shè)置，當(dāng)設(shè)備在房間里移動時，頭部會不斷跟蹤設(shè)備。