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厘米级精准定位、室内导航,详解蓝牙5.1寻向功能的原理和创新应用

 发布日期:2020-01-15

 

  作为一大无线通讯技术,蓝牙已经遍布我们生活的各个角落,被广泛应用到音频传输、低功耗数据传输、定位、设备网络,而四大服务也被称为蓝牙历史上的四大创新应用。
 
  同时,在蓝牙技术联盟(SIG)的推动下,蓝牙技术不断革新以满足日益复杂的通讯需求、完善各项服务,也让创新应用成为可能。
 
  今年初,蓝牙技术联盟正式宣布向开发者开放蓝牙5.1标准。在蓝牙5.0的基础上,蓝牙5.1新增了寻向(directionfinding)功能,并且蓝牙定位精度提高到了厘米级别,满足了市场对更精确定位服务能力的需求。
 
  当然,蓝牙5.1的寻向功能、厘米级定位服务的应用远不止这些。
 

  技术原理

 
  基于位置的蓝牙服务解决方案通常分为两类:接近类解决方案和定位系统。目前,不管是实时定位、室内定位还是物品追踪,基于蓝牙的定位服务原理是:由传输数据包中加入(ReceivedSignalStrengthIndication接收信号强度)机制,由Beacon发射信号,蓝牙设备接收信号并反馈,当设备进入范围内时,估算系统中各蓝牙设备之间的距离。通过这种技术,定位系统在确定特定设备的位置时,精确度可达到米级。
 
  蓝牙5.1中增加的寻向功能,系统可以同时通过信号强度和方向来明确设备位置,其精度可提升至厘米级。
 
  寻向功能主要采用了两种定位技术,一种是到达角(Angle-of-Arrival:AOA)的测量技术,另一种是出发角(AoD,AngleofDeparture)测量。
 
  到达角测量(Angle-of-Arrival:AOA)
 
  到达角(AOA)测量,是发射器通过单一天线发送特殊的数据包,接收器通过多天线接收,由于各个天线到发射器的距离不同,会产生相位差。通过相位差和天线间的距离计算出相互之间的角度关系,利用三边测量法寻向。
 
  出发角((AngleofDeparture:AOD)
 
  出发角(AOD)与到达角相反,接收器是单天线,发射器多个天线发射特殊的数据包,接收器根据产生的相位差、天线距离,计算出相对的方向和距离。
 
  一般来说,到达角(AOA)测量主要应用在RTLS(实时定位系统)、物品追踪和地标信息,出发角(AOD)主要应用在物流、仓储等行业。
 
  基于蓝牙寻向功能的应用
 
  蓝牙5.1的寻向功能,不仅能找到目标追踪物品所处的方向,还能将定位精度提升至厘米级,大大提升以及用户体验以及工作的效率,应用方向包括但不限于以下几点。
 
  1、物品追踪(防丢失)
 
  当智能手机供应商将支持到达角寻向的蓝牙集成到手机中时,就能够检测物品的距离与方向。比如最常见的找钥匙、找遥控器。
 
     2、地标信息解决方案(博物馆)
 
  地标(POI)信息解决方案同样基于智能手机的到达角寻向功能。典型的应用场景比如博物馆,每件展品位置安装Beacon。智能手机上的地标信息应用程序可为用户提供展厅展品的位置信息。另外,将手机指向展品时,用户还能获取该展品的详细信息。
 
  3、蓝牙的实时定位系统(RTLS)解决方案(资产追踪、安全管理)
 
  蓝牙的实时定位系统(RTLS)解决方案可追踪重要资产,比如确定仓库、医院中的重要设备资产。资产上安装由电池供电的低功耗蓝牙发射器(标签),将资产当前位置和接收信号强度发送到固定位置的蓝牙接收器上,精准定位。
 
  一方面可精准的追踪物品所在的位置或所处的工序,另一方面厘米级的定位能够在工人在进入危险区域时及时发出警报提醒。
 
     4、室内定位系统(IPS)解决方案:改善导航体验
 
  室内定位系统(IPS)解决方案与RTLS解决方案工作方式相反,对应AOA到达角的测量方式。在设施固定位置安装Beacon(蓝牙发射器),通过手机应用程序定位Beacon以及来自各已知位置的接收信号强度,通过三边测量法计算出其当前位置。
 
  典型应用在于机场、商超、体育馆等场所,不仅能提供精准的导航、货架指示,还能收集该区域产品受用户欢迎的程度。
 
  目前,美国商城、美国知名零售商Target和盖特威机场等众多大型场所已使用蓝牙IPS解决方案为来访者提供导航服务。
 
  另外,在出口众多的地铁交通枢纽(如上海的人民广场地铁站,共有20个出口),室内定位能帮助用户快速找准出口。
 
  除了以上四大解决方案之外,任凯还指出,蓝牙寻向功能在创新应用有着巨大的发挥空间,比如汽车、房屋的门禁系统,以及汽车胎压检测等。
 
  5、汽车、房屋门禁
 
  在车内安装定位器,通过寻向功能检测符合条件用户的手机,从而判断用户的位置(在前门、后门)与车门的距离、角度,在接近车门的时候自动打开车门,房屋门禁也同理。
 
  因每辆车固定只配给一把车钥匙,这种无钥匙进入的方式,有望让车主通过授权给家庭其他成员发放车钥匙,让他们利用手机即可打开车门。
 
  另外,蓝牙寻向功能也将能在胎压检测、停车(车桩AOA测量)等方面得到应用,给用户带来实际的体验提升。
 

  市场潜力巨大

 
  据《蓝牙市场最新资讯(BluetoothMaketupdate2019)》中的预测,蓝牙基于位置的服务的市场机会在过去几年中迅速增长,蓝牙位置服务设备年出货量将由2018年的720万增长到2023年的4.31亿,未来5年复合增长率达到了43%。其中,预计有17亿台智能手机将采用蓝牙位置服务,而蓝牙标签(Tag)年出货量也将到3亿。
厘米级精准定位、室内导航,详解蓝牙5.1寻向功能的原理和创新应用
 
  

作者:华科智标


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