音頻定位技術和室內北斗定位技術介紹

本文來源：物聯(lián)傳媒

本文作者：銀匠

高精度定位技術在最近幾年呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢，涌現(xiàn)了很多新興的定位技術。

其中，有兩類技術比較有特點，并且受到了產業(yè)和資本的青睞與關注。

第一類是音頻定位技術（聲波）。

第二類是室內北斗定位技術（也叫偽衛(wèi)星）。

本次高精度定位白皮書的調研，我們對這兩類技術也進行了收錄，下面我們詳細介紹一下這兩類定位技術。

音頻定位技術介紹

基于音頻信號的室內定位技術，具有成本低、精度高、兼容性好的特點，非常適合消費級智能手機的室內定位場景。直接使用智能手機內置的麥克風，無需增加額外的設備。

可擴展至智能手機的音頻定位系統(tǒng)可以大致分為兩大類：基于音頻信號 TOA 和 TDOA 的定位系統(tǒng)。

2000 年提出的 Criket 系統(tǒng)，將電磁波和超聲波結合起來并聯(lián)合估計超聲波到達時間進行定位，該套系統(tǒng)限制接入用戶數(shù)量。Mandal 設計的 Beep 系統(tǒng)，采用的移動端播發(fā)，音頻基站接收的架構，同時將移動端設備同音頻基站進行了時鐘同步，直接估計音頻信號的傳播時間實現(xiàn)定位，當多用戶接入時，移動端分時播發(fā)。

2012 年出現(xiàn)的 BeepBeep 系統(tǒng)，利用了一個基于雙向消息交換的時間同步協(xié)議直接實現(xiàn)了音頻基站同智能手機的距離估計。2013 年 Liu 設計提出的 Guoguo系統(tǒng)采用了碼分多址（Code-division Multiple Access， CDMA）的播發(fā)架構，首次采用了人耳幾乎不可感知的高頻信號（17-22kHz），最后采用正交編碼調制技術直接估計信號的到達時間。2016 年 Tan 等人對 BeepBeep 系統(tǒng)進行優(yōu)化后提出了oneBeep 系統(tǒng)。

音頻定位基站會持續(xù)向室內空間廣播聲波信號（16.5KHz~23.5KHz）,利用手機和定位芯片等終端接收和解碼測距信號，以最先到達信號估計基站和用戶終端之間的距離，并根據(jù)在用戶位置測量的多個距離估計用戶位置。定位范圍為四基站范圍內為基站所覆蓋的范圍內提供室內高精度定位。

音頻信號定位的特點：

基于音頻的室內定位技術利用聲學器件如麥克風、揚聲器實現(xiàn)定位具有如下特點：

1、精準定位：定位精度可達分米級（0.5-1m）

2、維護方便：基站通電即可用，單基站可覆蓋 30-50 米

3、由于音頻的傳播速度遠低于射頻，實現(xiàn)高精度的音頻定位對時鐘的同步精度要求不高；

4、對于位置服務提供商，雖然實現(xiàn)音頻定位需要在室內布設音頻節(jié)點，但由于商用音頻元器件的成本低廉，有望通過低成本的基礎設施投入，實現(xiàn)室內的高精度定位（分米級）；

5、對于用戶，麥克風和揚聲器是手持智能移動終端的標配，可在無需用戶額外開銷的情況下提供高精度的位置服務。

6、不限用戶容量：采用類似衛(wèi)星導航系統(tǒng)的廣播模式，基站和終端無需交互，不限用戶容量。

7、數(shù)據(jù)安全：終端側解算，基站不主動掃描用戶信息。

音頻定位市場進展：

音頻定位市場上最活躍的企業(yè)是深圳滄穹科技有限公司，該公司是一家以音頻技術為核心、多源信息融合的高精度室內定位導航一體化技術方案提供商，擁有從信號、芯片、模組、定位基站、定位終端、算法到產品解決方案的全棧技術研發(fā)能力。

該公司在2022年底拿到了數(shù)千萬元天使輪融資，在2023年12月份，又完成了數(shù)千萬元Pre-A輪融資。

此外，浙江大學湖州研究院也有一個團隊，在做音頻定位的產品與方案，不過該團隊更多的是將音頻應用于垂直行業(yè)。

音頻定位技術最大的殺手锏是手機這個基礎設施都有麥克風，這為音頻定位技術的商業(yè)普及奠定了極大的基礎。

此外，音頻的基站（也就是喇叭），硬件成本也很低，且因為音頻是機械波，傳播的速度約340m/s，這相比于無線電波的速度可以忽略不計，信號源的速度低，意味著整個系統(tǒng)對于速度的測量精度也低了很多，所以音頻定位的整體的系統(tǒng)難度也比UWB等同類型定位算法的難度低很多。

目前音頻定位技術已在高鐵站、隧道、機場、醫(yī)院等場景開始商業(yè)化落地。

室內北斗定位技術介紹

室內衛(wèi)星顧名思義，就是在室內有遮擋環(huán)境中的衛(wèi)星定位技術，眾所周知，目前全球幾大GNSS定位系統(tǒng)已經很完善，但是GNSS有個致命的弱點，就是地面如果有遮擋就沒有信號，在這樣的條件下，在室內定位場景中的衛(wèi)星定位技術（也叫偽衛(wèi)星）就應運而生。

在國內市場，GNSS定位系統(tǒng)是北斗，所以，國內室內衛(wèi)星技術也主要是基于北斗技術，所以國內的室內衛(wèi)星通常也叫“室內北斗”。

大致原理是在室內場景模擬真實導航衛(wèi)星信號，讓所有的衛(wèi)星導航終端實現(xiàn)在導航衛(wèi)星信號盲區(qū)（室內、地下、隧道、高架下等）的定位導航，在同源信號下實現(xiàn)無縫銜接室內外導航系統(tǒng)，實現(xiàn)室內外一體化高精度定位導航。

主要的產品有：北斗衛(wèi)星微型基站及配套天線，標簽產品與現(xiàn)有的北斗終端產品完全復用。

室內北斗衛(wèi)星微型基站完成室內北斗系統(tǒng)時間溯源，使得室內北斗系統(tǒng)時間與北斗基準一致；生成室內北斗的導航電文。室內北斗衛(wèi)星微型基站被布設于被定位空間內，發(fā)射與導航衛(wèi)星類似的信號，是定位導航系統(tǒng)的重要組成。

天線配合室內北斗衛(wèi)星微型基站使用，單臺室內北斗衛(wèi)星微型基站可外接多個天線，提高單臺微型基站覆蓋性、降低布設成本，實現(xiàn)隧道內大范圍覆蓋。室內北斗微型基站支持移動通信、網(wǎng)絡鏈接、光纖等連接方式，將精確的時間信息和導航信號播發(fā)給室內用戶。

用戶終端包括智能手機和室內外專用終端，普通終端例如手機等終端，可利用原本的GNSS定位系統(tǒng)可以完全不做更改完成室內外一體化導航定位，也可根據(jù)室內環(huán)境和室內北斗衛(wèi)星微型基站的播發(fā)信號，結合多源測量信息，根據(jù)算法減小定位誤差和室內多徑干擾的影響，基于融合測量信息實現(xiàn)隧道內定位。

室內北斗技術最新市場進展：

室內北斗最大的優(yōu)勢就是室內外的無縫銜接，對于終端用戶來說，不用做任何改變（不需要額外購置設備、也不需要進行額外的使用操作），就能在室內遮擋環(huán)境享受到北斗定位服務。

結合這樣的特點，以及北斗定位的實際需要，該技術特別適用于隧道場景，除了隧道之外，其他比較適合的場景還有大型的生產車間、大型的物流園區(qū)、大型地下停車場等。

目前市場上的活躍玩家主要有：上海方位角數(shù)據(jù)科技有限公司，該公司在2021年底完成了近億元的融資。

音頻定位技術與室內北斗定位技術的代表企業(yè)分別是：深圳滄穹科技有限公司與上海方位角數(shù)據(jù)科技有限公司，這兩家公司在最近幾年都融到了較大金額的投資。

有意思的是，這兩家企業(yè)背后的主要投資方都是深創(chuàng)投。

筆者與這兩家企業(yè)都有接觸，雖然市場上會有很多人將這兩類技術作為競品進行對比，但筆者認為這兩家企業(yè)未來的商業(yè)化思路有很大的差異。

為什么UWB與藍牙是定位市場的主流，因為這兩類定位技術目前已經形成了完善的生態(tài)。而音頻定位與室內北斗兩類技術作為新入局者，都會面臨共同的問題，如何建自己的生態(tài)。

審核編輯：湯梓紅