如何構(gòu)建藍(lán)牙測(cè)向演示

作為藍(lán)牙 5.1的一部分發(fā)布，藍(lán)牙測(cè)向可能是在室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高精度定位的技術(shù)。顧名思義，藍(lán)牙測(cè)向可以檢測(cè)被標(biāo)記的人或事物相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)（通常是固定的）錨點(diǎn)的方向。與之前的解決方案相比，它的輸出有了巨大的改進(jìn)，之前的解決方案使用接收信號(hào)強(qiáng)度指示器 （RSSI） 來提供標(biāo)簽和錨點(diǎn)之間距離的粗略估計(jì)，而不提供標(biāo)簽相對(duì)方向的任何信息。

藍(lán)牙測(cè)向使用到達(dá)角 （AoA） 技術(shù)來計(jì)算移動(dòng)標(biāo)簽發(fā)射的射頻信號(hào)撞擊錨點(diǎn)的角度。它通過測(cè)量跨錨點(diǎn)的多天線陣列的傳入藍(lán)牙廣告消息的微小相位差來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。我們?cè)谌鸬漶R爾默的辦公室測(cè)試了這項(xiàng)技術(shù)，使用連接到天線陣列的藍(lán)牙 5.1 模塊作為固定錨，以及具有另一個(gè)藍(lán)牙 5.1 模塊的移動(dòng)標(biāo)簽。

在整個(gè)演示過程中，前面看到的伺服系統(tǒng)密切跟蹤移動(dòng)標(biāo)簽，因?yàn)樗诒尘爸斜粩y帶。該標(biāo)簽由 u-blox 應(yīng)用板組成，包含一個(gè)基于Nordic nRF52833 芯片組的u-blox NINA-B406 藍(lán)牙 5.1 低功耗模塊。在此特定設(shè)置中，它可以廣播大約 10 米范圍內(nèi)的藍(lán)牙消息，但在其他用例中可以進(jìn)一步擴(kuò)展。

攜帶消息的射頻信號(hào)由帶有NINA-B411 藍(lán)牙低功耗模塊的 u-blox 天線板接收，該模塊配備 u-blox 測(cè)向軟件。該天線板包括五個(gè)交叉極化天線貼片，用于確定水平和垂直平面上輸入信號(hào)的角度，以及一個(gè)由 LED 組成的十字，用于實(shí)時(shí)可視化角度估計(jì)。

最后，天線板輸出包含估計(jì)角度、接收信號(hào)強(qiáng)度指示 （RSSI） 值、標(biāo)簽 ID 以及其他值的數(shù)據(jù)流。然后使用角度估計(jì)來控制安裝在可樞轉(zhuǎn)支架上的伺服系統(tǒng)，不斷實(shí)時(shí)瞄準(zhǔn)移動(dòng)標(biāo)簽。

加快藍(lán)牙測(cè)向解決方案的開發(fā)

了天線陣列如何使用基于到達(dá)角 （AoA） 的測(cè)向來確定傳入射頻信號(hào)的方向。移動(dòng)標(biāo)簽發(fā)射的信號(hào)撞擊構(gòu)成錨點(diǎn)多天線陣列的每個(gè)單獨(dú)的天線，相對(duì)于其余部分有輕微的相移。對(duì)射頻信號(hào)的傳播方式進(jìn)行一些假設(shè)，在每個(gè)天線上觀察到的微小相位差可用于計(jì)算其到達(dá)角：

實(shí)施將這些相位差轉(zhuǎn)換為角度輸出所需的算法可能會(huì)給沒有在受限嵌入式系統(tǒng)中開發(fā)時(shí)間關(guān)鍵型固件經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)人員帶來障礙。為了簡(jiǎn)化測(cè)向解決方案的開發(fā)并加快上市時(shí)間，我們開發(fā)了無線連接軟件。它為開發(fā)人員提供了一個(gè)易于使用的命令 API，需要零編程來計(jì)算 u-blox NINA-B411 模塊上的角度，處理射頻數(shù)據(jù)收集和預(yù)處理，并抑制每個(gè)單獨(dú)天線上的多徑分量。

AoA 測(cè)向的無數(shù)用例

當(dāng)我們開始使用藍(lán)牙測(cè)向時(shí)，我們基本上將其視為向高精度室內(nèi)定位邁出的一步。但隨著我們的進(jìn)步，我們意識(shí)到有無數(shù)種方法可以使用測(cè)向技術(shù)本身。它可用于構(gòu)建跟隨標(biāo)記目標(biāo)的相機(jī)，只需將相機(jī)安裝到本文演示中使用的伺服器上即可。該技術(shù)能夠確定標(biāo)簽以及資產(chǎn)位于錨點(diǎn)的哪一側(cè)，可用于開發(fā)住宅、商業(yè)和工業(yè)建筑的訪問控制系統(tǒng)。安裝在車輛上，可用于實(shí)施防撞系統(tǒng)。而這樣的例子不勝枚舉。

審核編輯：郭婷