【導讀】得益於導航衛星係統 (GNSS) 技術，我們大多數人現在都認為能夠在戶外定位物體或人的位置是理所當然的。可實現的定位水平——尤其是當您使用 GNSS 增強數據服務時——正在開啟真正變革性的用例，包括自動駕駛汽車和其他設備。

得益於導航衛星係統 (GNSS) 技術
，我們大多數人現在都認為能夠在戶外定位物體或人的位置是理所當然的。可實現的定位水平——尤其是當您使用 GNSS 增強數據服務時——正在開啟真正變革性的用例，包括自動駕駛汽車和其他設備。

在我們對戶外可能的藝術大開眼界之後，現在越來越渴望創造類似的突破性室內應用。

一個例子是高精度工業級和消費級資產跟蹤，或“查找我的物品”服務。另一種是室內導航，其中某人（或某物）被(bei)引(yin)導(dao)通(tong)過(guo)複(fu)雜(za)的(de)設(she)施(shi)
，例(li)如(ru)醫(yi)院(yuan)或(huo)大(da)型(xing)交(jiao)通(tong)交(jiao)彙(hui)處(chu)，並(bing)提(ti)供(gong)逐(zhu)向(xiang)導(dao)航(hang)。對(dui)此(ci)的(de)一(yi)種(zhong)變(bian)體(ti)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)移(yi)動(dong)設(she)備(bei)到(dao)達(da)特(te)定(ding)興(xing)趣(qu)點(dian)時(shi)顯(xian)示(shi)在(zai)其(qi)上(shang)的(de)信(xin)息(xi)。這(zhe)可(ke)能(neng)是(shi)在(zai)博(bo)物(wu)館(guan)或(huo)畫(hua)廊(lang)啟(qi)用(yong)智(zhi)能(neng)指(zhi)南(nan)，能(neng)夠(gou)在(zai)有(you)人(ren)接(jie)近(jin)特(te)定(ding)展(zhan)覽(lan)時(shi)提(ti)供(gong)有(you)關(guan)特(te)定(ding)展(zhan)覽(lan)的(de)信(xin)息(xi)。

為了提供他們的設計人員渴望的各種用戶體驗，諸如此類的應用需要結合高精度的室內定位、低功耗和可承受的成本。這是傳統的短程無線電技術無法實現的。

傳統 Wi-Fi 和藍牙定位解決方案的弊端

例如，Wi-Fi 指紋隻能提供低至 10 米左右的精度。Wi-Fi飛行時間，也稱為往返時間（RTT）或802.11mc
，達到1-2m，但功耗高。雖然已經麵世一段時間，但該技術尚未在該領域大規模部署。

同時，使用藍牙定位設備傳統上使用“接收信號強度指示器”(RSSI)。基於 RSSI
，可以估計所謂的“錨點”參(can)考(kao)站(zhan)與(yu)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)的(de)距(ju)離(li)，但(dan)不(bu)是(shi)設(she)備(bei)相(xiang)對(dui)於(yu)錨(mao)點(dian)所(suo)處(chu)的(de)角(jiao)度(du)。通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)三(san)個(ge)或(huo)更(geng)多(duo)錨(mao)點(dian)
，您(nin)可(ke)以(yi)計(ji)算(suan)出(chu)設(she)備(bei)的(de)位(wei)置(zhi)，但(dan)精(jing)度(du)隻(zhi)能(neng)達(da)到(dao)三(san)到(dao)五(wu)米(mi)之(zhi)間(jian)。

藍牙測向：室內定位變得精細

藍牙規範 5.1 版引入了“測向”。這代表著在的室內定位功能方麵向前邁出了非常重要的一步——如(ru)此(ci)之(zhi)大(da)，以(yi)至(zhi)於(yu)它(ta)有(you)望(wang)解(jie)鎖(suo)當(dang)今(jin)工(gong)程(cheng)師(shi)正(zheng)在(zai)尋(xun)求(qiu)創(chuang)造(zao)的(de)一(yi)些(xie)改(gai)變(bian)遊(you)戲(xi)規(gui)則(ze)的(de)產(chan)品(pin)和(he)服(fu)務(wu)。測(ce)向(xiang)不(bu)依(yi)賴(lai)藍(lan)牙(ya)設(she)備(bei)發(fa)出(chu)的(de)信(xin)號(hao)強(qiang)度(du)來(lai)確(que)定(ding)其(qi)位(wei)置(zhi)。相(xiang)反(fan)，它(ta)使(shi)用(yong)具(ju)有(you)多(duo)天(tian)線(xian)陣(zhen)列(lie)的(de)固(gu)定(ding)錨(mao)點(dian)來(lai)計(ji)算(suan)角(jiao)度(du)信(xin)號(hao)，使(shi)用(yong)到(dao)達(da)角(jiao) (AoA) 或離開角 (AoD) 技術。通過計算來自/到達至少三個錨點的信號的角度
，並確定它們相交的位置，您可以獲得附近設備的亞米級位置讀數。

u-blox - 室內定位 圖 1

圖 1. 通過計算到達三個固定錨點的信號的角度，並計算它們相交的位置，您可以在一米以內確定設備所在的位置。

讓我們簡要地看一下這些角度是如何計算的。

在 AoA 設she置zhi中zhong，移yi動dong設she備bei發fa出chu藍lan牙ya測ce向xiang信xin號hao。這zhe到dao達da錨mao點dian陣zhen列lie中zhong的de每mei個ge天tian線xian
，相xiang對dui於yu該gai錨mao點dian中zhong的de其qi他ta天tian線xian具ju有you輕qing微wei的de相xiang移yi。假jia設she信xin號hao傳chuan播bo平ping麵mian波bo，這zhe些xie相xiang位wei差cha可ke用yong於yu計ji算suan信xin號hao的de到dao達da角jiao。AoA 可用於跟蹤或實時定位服務 (RTLS)。

u-blox室內定位圖2

圖 2. 到達角 (AoA) 設置根據多天線陣列中每根天線觀察到的微小相位差計算傳入藍牙測向信號的角度。

使用 AoD，xinhaocongmaodianshangdemeigetianxianfasongdaofujindelanyashebei。zhexiexinhaoyiqingweidexiangyidaodagaishebei。jiehetianxianjihexingzhuangdexinxi
，zhexiexiangweichakeyongyujisuanxinhaoyumaodiandepianlijiao。AoD 是實施尋路和導航解決方案的有效方式。

u-blox室內定位圖3

圖 3. 出發角 (AoD) 設置讓接收設備根據從不同天線發送的信號之間的相位差計算信號離開天線陣列的角度。

進行測試

我們已經在許多用例中廣泛測試了藍牙 5.1 測向技術。近的一個例子是 AoA 概(gai)念(nian)驗(yan)證(zheng)，我(wo)們(men)使(shi)用(yong)伺(si)服(fu)來(lai)創(chuang)建(jian)一(yi)個(ge)旋(xuan)轉(zhuan)頭(tou)，該(gai)頭(tou)將(jiang)轉(zhuan)向(xiang)我(wo)們(men)正(zheng)在(zai)跟(gen)蹤(zong)的(de)移(yi)動(dong)設(she)備(bei)。這(zhe)將(jiang)提(ti)供(gong)可(ke)見(jian)的(de)證(zheng)據(ju)
，證(zheng)明(ming)測(ce)向(xiang)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)正(zheng)在(zai)發(fa)揮(hui)作(zuo)用(yong)。

此特定設置中的移動設備是一個 u-blox 應用板，上麵有一個 NINA-B406 藍牙 5.1 低功耗模塊。它的廣播範圍設置為大約 10 米，但如果需要可以擴展。

在此 POC 中，我們有一個單一的錨點，其中包括帶有 NINA-B411 藍牙低功耗模塊的 u-blox 天線板和我們的 u-connectLocate 軟件（稍後會詳細介紹）。天tian線xian板ban包bao含han五wu個ge交jiao叉cha極ji化hua天tian線xian元yuan件jian，以yi確que定ding垂chui直zhi和he水shui平ping平ping麵mian中zhong的de輸shu入ru信xin號hao角jiao度du。然ran後hou板ban上shang的de軟ruan件jian計ji算suan到dao達da角jiao。然ran後hou使shi用yong此ci信xin息xi實shi時shi旋xuan轉zhuan移yi動dong頭tou以yi麵mian對dui移yi動dong設she備bei。

下麵的視頻顯示了正在運行的設置
，當設備在房間內移動時
，頭部不斷跟蹤設備。

我們還在工業倉庫中進行了廣泛的測試，我們在本室內定位白皮書中對此進行了描述。

在資源受限的嵌入式係統中啟用這些算法

使用 AoA 或 AoD 創(chuang)建(jian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)複(fu)雜(za)和(he)耗(hao)時(shi)的(de)方(fang)麵(mian)之(zhi)一(yi)是(shi)實(shi)施(shi)算(suan)法(fa)以(yi)根(gen)據(ju)相(xiang)位(wei)差(cha)計(ji)算(suan)信(xin)號(hao)角(jiao)度(du)
，考(kao)慮(lv)到(dao)通(tong)常(chang)運(yun)行(xing)這(zhe)些(xie)算(suan)法(fa)的(de)嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)固(gu)有(you)的(de)資(zi)源(yuan)限(xian)製(zhi)。

這就是我們為 NINA-B410 和 B411 模塊開發 u-connectLocate 測向軟件的原因。這提供了一個 API
，使工程師能夠獲得 AoA、處理數據收集和預處理，並抑製每個天線上的多路徑分量。該軟件在藍牙模塊的嵌入式 MCU 中運行，這意味著不需要外部處理。這降低了複雜性和物料清單。

duiyurenhexiangyaochuangjianxuyaogaojingdushineidingweigongnengdejiejuefanganderenlaishuo
，zhexiedoushizhenzhengjidongrenxindeshike。lanyacexiangkeyijiesuoyamijijingdu
，weiwushuxinyonglidakaidamen。wulunninshixiangbangzhurenmenzaiyiyuanzhongzhaodaochulu
，zaidaxingcangkuzonghetizhongdingweiyitaijiqi，haishiwanquanzuoqitashiqing
，lanyacexiangdoukenengshininxuyaodegaibianyouxiguizedejishu。

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