【创科广场】手机蓝牙室内精确定位 AoA技术亚米级
大部分手机都具备GPS,提供室外定位功能,室内环境无法使用GPS等衞星定位时,需要高精确室内定位技术。
内定位技术发展多年,已用于老人儿童追踪、资产监控、路径指引、展览互动、停车场导航、智慧建筑等用途。室内定位技术也可作衞星辅助定位,解决衞星讯号到达地面后,穿越建筑难题,确定物体室内所处位置。
室内定位最早出现以Wi-Fi实现,精准度不佳、又安装复杂、端终过于耗电,结果无法流行,近年多种技术相继出现,包括蓝牙、红外线、超声波、ToF(时间飞行)等室内定位技术。精准度最高为超宽频技术,精准度可达10厘米,控制室内无人机飞行。其次苹果(Apple)的蓝牙iBeacon,精度可达1~2公尺,结合手机作为定位。
室内定位筚路蓝缕
ToF要求极准确的时钟。故此,蓝牙有早普及性,可向手机室内定位,故此仍以iBeacon技术为主流。
iBeacon以「接收讯号强度指示」原理,以手机接收多个基站发出的讯号,从讯号源的强弱,推算物件距离,但讯号强弱受不少因素影响,接受有时不稳定。
蓝牙5.0标准发布以后推出了定位服务,精度甚低。蓝牙SIG在5.1版本正式测向功能纳入了规格,以AoA/AoD框架发表室内定位技术,从物理层建立算法,加上RSSI,精度达数公分,兼容性更佳,加上耗电量低,晶片厂包括Nordic Semiconductor和Silicon Labs,推出支援蓝牙5.1定位的系统晶片(SoC);基站和App陆续推出,AoA/AoD为最有前景的室内定位技术。
到达角和离开角
物件只要有节点和锚节,就可以三角测量法获得位置,再以RSSI测定距离。AoA定位演算法的「到达角」测距,就是基于讯号到达角度的定位演算法,通过基站天线感知发射节点讯号到达方向,计算接收节点和锚节点之间的相对方位或角度,以三角测量法或其他方式计算节点的位置,多个基站天线可获更大定位覆盖空间,多个基站天线解算可提高空间精度。
AoD「离开角」测距的物件则互换了角色;被跟踪设备仅使用一条天线而信标设备则使用多条天线。AoD接收设备使用来自多个信标及其位置的角度,计算自己在空间中位置。
AoA/AoD和RSSI不是新技术,但蓝牙SIG定位技术纳入5.1规格,讯号发射与接收协定标准化,装置间互通兼容更好,市场扩大,成本也更低。
12个月续航
Blue IOT以AOA获得标签唯一来波方向与位置,比传统蓝牙高10精度,约为0.5级米稳定精度;基站采用专利技术,通过蓝牙5.1阵列天线切换,定位物件兼容蓝牙4.2标签,用于IOT标签与LBS手机高精度的定位。
Blue IOT覆盖可达16-20米,基站高度差H为2.5米时,高精度定位区(精度为0.3-0.5米)覆盖直径为7.5米;亚米级定位区(典型精度0.5-1.0米)覆盖直径为10米;但高度差H超过一定值后,高精度/亚米级精度覆盖区域面积不再变大,超过5米后,覆盖直径16-20米。
BlueIoT定位标签以一枚纽扣电池供电,待机模式下提供超过12个月续航,不用频繁充电。
Blue IOT定位系统适用于医院、超级市场或展览馆等场景,也可用于仓库和工厂中的资产追踪。BlueIOT选用欧洲Nordic的nRF52833低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy/Bluetooth LE)多协定SoC,为基于nRF52833 SoC的定位标签,可放置在定位场景中关键位置,也可贴在仓库中的资产上,顾客、访客、病人、员工等可在支援蓝牙4.0(及更高版本)的iOS或Android智能手机上安装BlueIOT Map APP,即导航到指定位置或物品,可提供室内导航、路径规划,以及指出收藏地点。
nRF52833无线电具备全部的测向功能,不仅依赖RSSI定位,还根据讯号方向进行测向。记忆体分配(512kB Flash和128kB RAM)支援标签实现到达角(AoA)和离开角(AoD)应用接收和发送,再结合专有演算法,BlueIOT定位系统可抑制多径干扰,提供高俯仰和偏航精确度,即使视线范围外亦提供30厘米的精度。Blue IoT省电其中一个原因也是Nordic SoC超低功耗特性。



















