高精度室内定位导航 需要什么样的精准室内定位技术方案

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UWB定位技术

相当于把卫星（定位基站）安在你的身边，再配套专用的定位卡，通过计算就可以算出位置。

UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。有人称它为无线电领域的一次革命性进展，认为它将成为未来短距离无线通信的主流技术。

 

 

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室内定位是指在室内的环境下在房间内的区域实现定位，目前市面上的定位技术有UWB、蓝牙、WiFi、ZigBee、RFID等等，这些定位技术按精度区分，可分为三类：

1，精准定位，也即高精度定位，定位精度在亚米级，也即50cm以内。蓝牙5.0定位以及UWB(超宽带)定位

2，米级定位，定位精度在1~3米以内，定位技术包括蓝牙4.0定位

3，区域级别的定位，无定位精度可言，一般指能够定位到某个楼层的某个区域，定位技术包括WiFi,ZigBee,RFID

 

室内定位技术比较

从上图可以看出，室内定位精度最早的要数超宽带(UWB)定位，UWB定位有很多优点，首先它的定位精度高，不易受到干扰，UWB是如何做到如此高的精度呢？

UWB采用双向飞行时间法（TW-TOF,two way-time of flight）定位，每个UWB模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳。模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，模块B在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被模块A在自己的时间戳Ta2时刻接收。有次可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S。S=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)](C为光速)，这样计算下来，UWB的定位精度在30~50cm之间，不可不谓之精准。

UWB定位原理

如此比较下来，UWB理应是定位导航的首选，但是UWB定位方案却存在一个致命缺陷，那就是不通用，在智能手机时代，定位导航要么google map,要么高德和百度地图的情况下，手机硬件不支持UWB定位，这是一致命伤。

高精度室内定位除了UWB再者就是蓝牙5.0了。我们知道蓝牙技术在不断发展，从最早的蓝牙1.2开始，到现在比较普及的蓝牙4.0和蓝牙4.2，再到2016年蓝牙技术联盟提出的蓝牙5.0标准，蓝牙技术在不断的演化与进步。

蓝牙5.0

蓝牙是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波）。蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制，是为了方便设备之间的近距离通信，由于蓝牙比较普及，传送的数据量小，并且功率低，天才工程师们创造性地使用蓝牙的场强变换用于室内定位的研究，其中以苹果公司为代表，苹果公司利用蓝牙4.0，制定出用于室内定位的蓝牙iBeacon标准，随后很多厂商跟进，包括微信，微信摇一摇就是利用蓝牙iBeacon的技术原理。

那蓝牙4.0是如何在室内环境中定位呢？很简单，蓝牙iBeacon协议采用的是蓝牙场强RSSI值的强弱与位置之间的关系来粗略计算位置的，离蓝牙发射点越近，接收终端的信号场强越强；反之，越弱。定位原理如下图所示：

蓝牙RSSI定位原理

通过场强RSSI值只能粗略计算出定位设备距离定位点的距离，再加上蓝牙场强容易受到环境干扰的问题，定位精度也只能在1米左右，做到高精度几乎不可能！蓝牙5.0则把这种不可能性变为了现实，在蓝牙5.0的协议制程中规定了以下几点：

蓝牙5.0针对低功耗设备，有着更广的覆盖范围和相较现在四倍的速度提升。蓝牙5.0会加入室内定位辅助功能，利用AOA或TOA可实现精度小于1米的室内定位。传输速度上限为24Mbps,是之前4.2LE版本的两倍。传输级别达到无损级别有效工作距离可达300米，是之前4.2LE版本的4倍。添加导航功能，可以实现1米的室内定位。为应对移动客户端需求，其功耗更低，且兼容老的版本。

其中第2条的规定，为高精度室内定位打开了一扇门，再加上三星等手机厂商开始采用蓝牙5.0的芯片，更是把室内定位技术推向了大众，以更低的成本，更高的精度为定位的普适性，也即商业化带来了可能。

说到这，你也许会疑惑，蓝牙5.0是如何实现高精度定位的呢？

其实这也简单，蓝牙5.0在蓝牙SoC中集成了高精度天线阵列，通过高灵敏的天线阵列可观察到定位终端发送的蓝牙信号到达接收端的角度，也即AOA(Angle of Arrival，到达角度)。

AOA定位原理

如上图所示，知道了基站1到设备之间连线与基准方向的夹角α1，就可以画出一条射线L1；同样知道了知道了基站2到设备之间连线与基准方向的夹角α2，就可以画出一条射线L2。那么L1月L2的交点就是设备的位置。这就是AOA定位的基本数学原理。用函数调用表达如下：

Location=GetLocation([Pisition1,α1],[Position2,α2]);

AOA定位通过两直线相交确定位置，不可能有多个交点，避免了定位的模糊性。但是为了测量电磁波的入射角度，接收机必须配备方向性强的天线阵列，而蓝牙5.0正是配备了这样的高灵敏天线阵列。通过蓝牙5.0的AOA定位，可实现最高10cm的定位精度。懋特物联正是基于这样的技术原理，研发出的蓝牙5.0高精度蓝牙网关；再配合室内地图以及室内导航算法就可以在手机端实现高精度蓝牙定位导航了