一文了解高精度室内定位技术

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一文了解各种高精度室内定位技术

来源:网络 | 作者:华安联大 | 发布时间: 666天前 | 399 次浏览 | 分享到:

得益于蓝牙技术的发展，基于蓝牙AOA/AOD技术的室内定位新框架，以及蓝牙寻向算法，室内定位日趋精准简单，蓝牙定位依然是工业物联网、智能家居、楼宇和城市、资产追踪及电子健康领域中各类应用的理想之选。

在消费需求和创新技术驱动下，可穿戴设备和物联网产品的发展驶入了快车道，GNSS定位功能在无人驾驶、智能设备、资产追踪等日趋智能化中广泛应用，而随着万物互联时代的到临，物联网技术围绕人员、资产的室内位置服务需求也愈加强烈。

技术对比表

WiFi指纹

设备扫描附近的Wi-Fi接入点；
扫描结果代表当前位置的“指纹（fingerprint）”；
“指纹（fingerprint）”被发送给定位服务器，服务器将会计算位置并返回；
可实现10m级定位精度。

WiFi渡越时间

接入点与客户端之间的渡越时间测量值→距离；
使用多个AP和三边测量法，可以计算出大体位置；
需要访问芯片组支持的底层时间测量系统；
可实现1-2m定位精度。

蓝牙RSSI

信号强度（RSSI）大致反映信号源与目标之间的距离；
使用多个锚点和三边测量法，可以计算出大致位置；
定位精度通常为3-5m。

蓝牙AoA

蓝牙5.1增加测向功能

◆蓝牙5.1核心规范中的主要功能是寻向

◆两种用于确定方向的方法：

到达角(AoA) 计算接收信号的角度

发射角 (AoD) 计算发送信号的角度

◆实现更高的室内定位精度

采用AoA方法的蓝牙室内定位

◆使用多个锚点和三边测量法，可以计算出更精确的位置

◆定位精度通常为1-2m

采用到达角(AoA)方法的定位

◆标签发送广播消息

◆锚点检测消息并通过相位差计算出传入信号的角度

◆在锚点内计算角度

◆从单个锚点读取角度

◆从多个锚点读取角度，通过三角计算获得位置

采用发射角(AoD)方法的定位

◆锚点使用多个天线发送广播消息

◆定位器检测多个消息并通过相位差计算信号发射角度

◆从单个锚点读取的数据

→角度

◆从多个锚点读取的数据

→位置

◆位置的计算在定位器或中央服务器内进行

2.蓝牙寻向功能

AoA架构

AoA发射机（单天线）向外发送连续信号（PDU+CTE）；
AoA信号以不同的相位偏移抵达阵列中的不同位置的天线；
AoA 接收机对连续信号的IQ（in-phase同相，quadrature正交）数据进行采样。

AoA/AoD天线阵列

AoA的基本原理

AoA发射机

CTE提供固定频率和波长的信号，是AoA/AoD数据包的扩展数据；
以250KHz 的GFSK 载波频率调制；
CTE不包括在CRC或MIC校验中；
支持无连接（定期广播）和面向连接的模式；
用于接收机RX在t时间采样信号I/Q值，计算相位差使用。

AoA接收机

从载波频率到相位信息

从射频信号(2.4 GHz)到基带信号(250 kHz)的降频转换；
基带信号的IQ采样；
降频信号保留了载波的相位信息。

从IQ样本到AoA

估算（窄带）信号到达天线阵列的到达角；
角度估算算法从所需信号中滤除噪声和多路径干扰；
IQ 样本信号处理不是蓝牙规范的一部分。

超分辨率算法

复杂矩阵运算对嵌入式系统来说是一项挑战；
提供多种算法MUSIC、PDDA、ESPRIT、SSS；
在准确性和处理工作量之间建立一个折衷方案。

AoA估算流程图

配置设置开关和天线方案	●天线阵列架构 ●设置信道频率 ●CTE和IQ采样配置
预处理 IQ 样本过滤	●过滤CTE的IQ数据 ●基于RSSI选择水平或垂直极化信号
AoA算法所有天线组的功率谱估算	●高效的AoA算法PDDA ●计算以下各项的频谱： H+V极化天线列 3种频率
后处理角度估算	●提供估算角度 ●处理不同功率谱 ●局部极大值（z分数、乘积、平均值/中位数）
定位通过至少两个锚点估算标签位置	●实时定位引擎 ●利用估算角度、RSSI、质量指标