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手機藍牙室內定位 AoA精確度亞米級

[Blue-IoT]

Blue-IoT
AoA/AoD框架定位標籤和各種標籤的定位原理,從其他坐標和BlueIOT定位標籤,計算手機的位置,再提供室內導航

智慧城市

大部分手機都具備GPS,提供室外定位功能,室內環境無法使用GPS等衛星定位時,需要高精確室內定位技術。

室內定位技術發展多年,已用於老人兒童追蹤、資產監控、路徑指引、展覽互動、停車場導航智慧建築等用途

室內定位技術也可作衛星輔助定位,解決衛星信號到達地面後穿越建築難題,確定物體室內所處位置。

室內定位最早出現以Wi-Fi實現,精準度不佳、又安裝複雜、端終過於耗電,結果無法流行,近年多種技術相繼出現,包括藍牙、紅外線、RFID、ZigBee、UWB、超聲波、ToF(時間飛行)等室內定位技術。精準度最高為超寬頻(Ultra-Wide Band,UWB)技術,精準度可達10 厘米,控制室內無人機飛行。其次蘋果(Apple)的藍牙iBeacon精度可達1~2公尺,結合手機作為定位。

藍色創源
藍色創源的生態產品,包括了利用BlueIOT定位標籤和各種其他標籤,並透過APP顯示實際定位

室內定位蓽路藍縷

RFID則應用於倉庫和零售的數據採集和盤點須利用特定RFID讀取器和標籤。大部分定位技術,包括了Wi-Fi和UWB,則耗電量大,多點部署,昂貴之餘,端終耗電極大,往往連接了電源設備才能定位,或者只能供短時期定位,很不實用。

ToF則要求極凖確的時鐘。故此,藍牙有早普及性,可向手機室內定位,故此仍以iBeacon技術為主流。 iBeacon以「接收訊號強度指示」(Received Signal Strength Indication, RSSI)原理,以手機接收多個基站發出的訊號,從訊號源的強弱,推算物件距離,但訊號強弱受不少因素影響,接受有時不穩定。

藍牙5.0標準發佈以後推出了定位服務,精度甚低藍牙SIG在 5.1版本正式將測向功能(Direction Finding)納入了規格,以AoA/AoD框架發表室內定位技術,從物理層建立算法,加上RSSI,精度達數公分,兼容性更佳,加上耗電量低,晶片廠包括Nordic Semiconductor和Silicon Labs,推出支援藍牙5.1定位的系統晶片SoC);基站和App陸續推出,AoA/AoD為最有前景的室內定位技術。

AoD
AoA/AoD框架定位標籤可應用於不同場景,例如藝術館可以向附近參觀者發出展品的資訊

到達角和離開角

物件只要有節點和錨節就可以三角測量法獲得位置再以RSSI測定距離AoA定位演算法的「到達角(Angle-of-Arrival) 測距,就是基於信號到達角度的定位演算法,通過基站天線感知發射節點信號到達方向,計算接收節點和錨節點之間的相對方位或角度,以三角測量法或其他方式計算節點的位置多個基站天線可獲更大定位覆蓋空間,多個基站天線解算提昇空間精度。

AoD「離開角」(Angle-of- Departure)測距的物件則互換了角色;被跟蹤設備僅使用一條天線而信標設備則使用多條天線。AoD接收設備使用來自多個信標及其位置的角度,計算自己在空間中位置。

例如說尋找固定物件可利用AOA定位演算法室內導航則以AoD實現。北京藍色創源科技是開發AoA/AoD框架服務以BlueIOT提供室內定位。

AoA/AoD和RSSI不是新技術,但藍牙SIG將定位技術納入5.1規格,訊號發射與接收協定標準化,裝置間互通兼容更好,市場擴大,成本也更低。

AoA
AoA定位演算法的「到達角」(Angle-of-Arrival) 測距,就是基於信號到達角度的定位演算法

 

AoA
AoD「離開角」(Angle-of- Departure)測距的物件則互換了角色;被跟蹤設備僅使用一條天線而信標設備則使用多條天線。

12個月續航

BlueIOT以AOA獲得標籤唯一來波方向與位置,比傳統藍牙高10倍精度,約為0.5級米穩定精度基站採用專利技術,通過藍牙5.1陣列天線切換,定位物件兼容藍牙4.2標籤,用於IOT標籤與LBS手機高精度的定位。 

BlueIOT覆蓋可達16-20米基站高度差H為2.5米時,高精度定位區(精度為0.3-0.5米)覆蓋直徑為7.5米;亞米級定位區(典型精度0.5-1.0米)覆蓋直徑為10米;但高度差H超過一定值後,高精度/亞米級精度覆蓋區域面積不再變大,超過5米後,覆蓋直徑16-20米。

BlueIoT定位標籤以一枚紐扣電池供電,待機模式下提供超過12個月續航,不用頻繁充電

BlueIOT定位系統適用於醫院、超級市場或展覽館等場景,也可用於倉庫和工廠中的資產追踪。BlueIOT選用歐洲Nordic的nRF52833低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy /Bluetooth LE)多協定SoC,為基於nRF52833 SoC的定位標籤可放置在定位場景中關鍵位置,也可貼在倉庫中的資產上,顧客、訪客、病人、員工等可在支援藍牙4.0(及更高版本)的iOS或Android智能手機上安裝BlueIOT Map APP,即導航到指定位置或物品可提供室內導航、路徑規劃以及指出收藏地點。

nRF52833無線電具備全部的測向功能,不僅依賴RSSI定位,還根據訊號方向進行測向。記憶體分配512kB Flash和128kB RAM支援標籤實現到達角(AoA)和離開角(AoD)應用接收和發送再結合專有演算法,BlueIOT定位系統可抑制多徑干擾,提供高俯仰和偏航精確度,即使視線範圍外亦提供30厘米的精度。BlueIoT省電其中一個原因也是Nordic SoC超低功耗特性。

藍色創源行政總裁趙瑞祥表示:「全球只有為數不多SoC兼具強大功能和低功耗,滿足藍牙AoA需求,nRF52833為其中之一。Nordic SDK縮短硬件開發時間6個月。」

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