核芯物联蓝牙AOA定位解决方案合作伙伴嘉兴太和国内首家发布uwb蓝牙AOA混合部署方案

深圳核芯物联蓝牙AOA定位解决方案合作伙伴嘉兴太和国内首家发布uwb&蓝牙AOA混合部署方案

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解决卫星信号无法覆盖的区域内的定位需求问题背景：移动互联网时代，大部分人80%的时间处于室内/建筑内场景：室内（建筑内）找路、找车、找人、找（小）物品分类：无线通信定位、基站定位、惯导定位等定位技术：WiFi、蓝牙、红外、RFID、ZigBee、超宽带、超声波、惯导等

尺有所长、寸有所短。优势互补、各展所长

WiFi定位：可以实现复杂的大范围定位，但精度较低，只能达到米级精度。

蓝牙定位：体积小、功耗低、易集成、可达数十厘米定位精度，但稳定性差、易受干扰。

红外定位：技术成熟、可用于简单视距传播，但穿透性、受环境影响较大。

RFID定位：厘米级定位精度、体积小、造价低，但抗干扰能力较差、作用距离短。

ZigBee定位：低功耗、低成本，但信号易受多径影响、定位精度易受干扰不稳定、误差较大。

惯导定位：低成本、定位精度高、但误差会累积。

超声波定位：定位精度高、结构简单，但受多径效应和非视距传播影响大，且超声波频率会受多普勒效应和温度的影响，基础设施复杂、成本较高。

超宽带（UWB）定位：穿透力强、抗多径效果好、系统实现简单、功耗低、安全性高、可达厘米级定位精度。

每种技术都有其优势与局限性。不同场景下需要根据项目需求以及工程预算来合理选择方案组合。目前，室内定位行业采用比较多的几种定位技术是：UWB、Wifi、BLE beacon和BLE AoA。

iphone11系列搭载的U1芯片，也让UWB技术开始被更多人了解。业内不少人甚至喊出了“2019年是UWB技术消费级应用元年”的豪言壮语。但直到目前，近1年过去了，UWB技术在消费级市场似乎还没有找到有效的突破口。

那么，UWB技术是什么呢？

UWB(Ultra-Wideband)是一种超宽带无载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。

UWB技术具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。

UWB技术可以应用在多个领域，如个域网（如上述苹果手机的应用场景）、智能交通系统、无线传感网、射频标识、成像应用、室内定位等。

室内定位算法

室内无线定位测量方法，是指对接收到的无线信号特征进行分析，再根据特定算法计算目标的位置（包括经纬度、高程信息）。

室内无线定位常用的算法有：

ToA（Time of Arrival, 到达时间）定位算法

TDoA（Time Difference of Arrival, 到达时间差）定位算法AoA（Angle of Arrival, 到达角）定位算法RSS（Received Signal Strength, 接收信号强度定位）定位算法

ToA定位算法：

它是根据测量信号在基站和目标之间的到达时间，从而计算出目标与每个基站的距离。根据三点定位原理，该方法至少需要三个基站，才能计算目标的位置，如下图所示。

TDoA定位算法：

TDoA定位，是通过检测信号到达两个基站或者不同天线单元的绝对时间差，而不是到达的飞行时间来确定目标的位置，降低了信号源与各个监测站的时间同步要求，但提高了各个监测站的时间同步要求。采用三个不同的基站可以测到两个TDoA，移动站位于两个TDoA决定的双曲线的交点上。

TDoA的优势在于一次定位的通信次数显著减少，其精度也比ToA高一些。由于这种定位其实是依赖于波的传播的，1ns的固有时钟误差可以造成30cm的距离误差，所以各个基站的时钟必须严格同步。而要打造一个间距比较大的精确同步系统价格十分昂贵。

RSS定位算法：

RSS定位，是根据信号传播模型，利用接收到的信号强度与信号传播距离的关系，对目标进行定位。这种方法的定位距离近，且对信道传输模型依赖较大，多径以及复杂的环境条件都会严重影响其精度。

一种是基于路径损耗的，一种是基于RSS作为指纹的。精度都不高。

AoA定位算法：

蓝牙测向中，提供了两种测向方法：AoA（Angle of Arrival, 到达角）和 AoD(Angle of Departure，发射角)。

AoA定位是通过测量目标和基站之间的到达角度，以基站为起点的射线经过定位目标，通过两条射线的交点即可确定目标的位置。这种方法只需要2个基站就可确定目标的估计位置，如下图所示。

采用AoA算法时，接收机包含一个多天线阵列，通过计算不同的天线到达信号的不同进行计算。因此，AoA需要配置复杂的天线系统，角度误差对定位精度的影响通常会比较大。

但是，随着蓝牙5.1对AoA高精度测向的支持，蓝牙AoA定位已经成为很多业内厂商的发力点。TI公司已经推出了EVM天线阵列和支持AoA算法的SDK接口，可以用来调试室内定位方案，但是实际使用过程中会发现还不成熟，会遇到很多问题。

另外，深圳核芯物联科技有限公司作为国内第1家量产出货商用低功耗蓝牙BLE AoA定位设备厂商，其产品最高定位精度可达10厘米。

AoA技术的主要挑战在于团队的设计开发能力：1、要解决天线阵列的设计、噪声信号的消除、RF开关切换时间的补偿问题2、角度的测量必然会产生一定的误差，角度误差将直接导致定位误差，而且随着发射机与接收机距离的增加，误差会更大3、系统实际布设时，受现场环境的影响，很难完全处于同一水平面。那就涉及到要解决三维空间中的算法改进问题。

AoA方向，友商们大都寄希望于大厂商能够尽快推出一块成熟的商用蓝牙AoA芯片，以解决目前大家共同面临的各种难题。毕竟，蓝牙技术的生态已经非常完善，其定位精度高、低功耗、低应用成本的优点，在室内定位行业具有非常大的优势。

UWB && AoA

UWB所需要的频段我国分配是从6GHz-9GHz，这么高的频段，脉冲的穿透性不好。因此，UWB定位在无遮挡情况下是最优的，如果有背对着定位基站等情况发生，精度就会下降，而且信号容易丢失，无法进行高精度定位。

低功耗蓝牙（2.4GHz无线）AoA方式实现高精度定位需要至少两台设备，现在市面上号称可以单低功耗蓝牙AoA基站实现二维高精度定位的厂家，基本都是在假设标签的高度下做二维平面的高精度定位。这在实际应用过程中会给系统布设带来较为苛刻的要求，标签高度的变化带来的定位误差会很大，有时候甚至超过2米。

嘉兴太和信息的解决方案

深圳核芯物联科技有限公司的蓝牙AOA产品的解决方案合作伙伴：嘉兴太和信息技术有限公司是一家深耕室内定位方向的物联网系统级解决方案供应商，有多项技术成果处于国内外行业领先水平。企业致力于提供传统行业的信息化及智能化解决方案，提供室内定位软硬件产品及一体化解决方案。

为了解决以上两种单一系统（UWB定位系统、低功耗蓝牙AoA定位系统）的局限性。我司（嘉兴太和信息技术有限公司）将UWB高精度定位和低功耗蓝牙（2.4GHz无线）AoA高精度定位进行融合异构，提高定位结果置信度及可靠性，解决单UWB定位系统抗遮挡能力差、定位数据跳变大的问题；并解决单AoA定位系统中假定终端高度而带来的误差大问题。融合异构系统灵活性强、可靠性好，可有效实现三维高精度定位。并且在UWB信号或低功耗蓝牙（2.4GHz无线）AoA信号任何一种缺失时，可退化为独立的UWB定位系统或独立的低功耗蓝牙（2.4GHz无线）AoA定位系统。红框区域采用蓝牙AOA高精度定位，其他区域使用UWB技术定位，进行混合部署：

视频如下：深圳核芯物联合作伙伴浙江太和国内首家发布的uwb&蓝牙AOA混合部署方案核芯物联岳毅恒的视频

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