La goniométrie est la pratique consistant à connaître la direction de transmission d'un signal reçu. Il prend en charge tout dans un système, du suivi de la faune à l'aviation et à la navigation nautique. Bluetooth a ajouté la nouvelle spécification de base de radiogoniométrie en option dans son dernier Bluetooth 5.1. Cette nouvelle fonctionnalité permet aux appareils Bluetooth de connaître la direction de tout signal diffusé à partir d'un autre appareil Bluetooth. Il est également capable et peut radicalement améliorer les solutions de services de localisation Bluetooth. La fonctionnalité de radiogoniométrie prend en charge deux techniques. Ces techniques sont; l'AoA Bluetooth (angle d'arrivée) et le Bluetooth AoD (angle de départ).
Chez MOKOBlue, nous créons et fournissons plusieurs Balises Bluetooth qui prennent en charge les nouvelles fonctionnalités de recherche de directions Bluetooth avec des conceptions diversifiées pour un développement indépendant. Notre équipe se consacre au développement et à la personnalisation de diverses conceptions matérielles et logicielles en fonction des besoins des clients.
Le principe de fonctionnement de l'angle d'arrivée et de l'angle de départ
Angle d'arrivée (AoA)
- Un atout diffuse(Émission) son emplacement à un AoA localisateur, tel qu'un point d'accès sans fil (AP), lumière connectée, ou luminaire intelligent
- Le localisateur mesure l'angle d'arrivée du signal
Angle de départ(AOD)
- Les balises transmettent des informations AoD, telles que les coordonnées, via plusieurs antennes
- Appareils mobiles, y compris les téléphones intelligents, recevoir les balises et calculer leur emplacement
Considérations sur la conception de Bluetooth AoA (Angle d'arrivée)
• Une seule antenne est nécessaire. Il peut être de faible puissance et prend en charge simultanément d'autres fonctionnalités de BLE
• Seulement 4 X 4 ou 3 X 3 des commutateurs et des rayons d'antenne sont nécessaires aux localisateurs
• Toutes les lectures d'angle sont traitées par le Bluetooth AoA passerelles. Ils déterminent également l'emplacement de l'appareil en communiquant avec un système de gestion des actifs dans le cloud
Considérations sur la conception de Bluetooth AoD (Angle de départ)
• Seulement 4 X 4 ou 3 X 3 des commutateurs et des rayons d'antenne sont nécessaires aux balises
• Les algorithmes AoD doivent être pris en charge par des appareils tels que les smartphones
• Le système de services de localisation doit connaître les coordonnées de la balise
Solutions de la nouvelle fonction de radiogoniométrie Bluetooth
Outre le positionnement et les principales applications de proximité, la fonction de radiogoniométrie Bluetooth a également d'autres solutions. Ils incluent;
Trouver des solutions
Dans l'expérience utilisateur, les solutions de recherche d'objets connaissent une bosse considérable. Lorsque les vendeurs de smartphones intègrent une fonction de radiogoniométrie Bluetooth AoA dans leurs téléphones, les solutions de recherche d'articles peuvent contrôler les données directionnelles. Cela implique que non seulement ils pourront déterminer la proximité d'un objet égaré, mais ils sauront aussi son emplacement exact. Ainsi, la fonction de radiogoniométrie Bluetooth élimine l'hypothèse requise lors de la recherche d'objets perdus.
Solutions RTLS
Les solutions RTLS peuvent implémenter la fonction de radiogoniométrie pour améliorer la précision Bluetooth AoA d'un emplacement jusqu'au centimètre près lorsqu'elles sont déployées dans le bon environnement. RTLS avec une fonction de recherche de direction permet à une usine de suivre facilement la position et le flux des matériaux avec une précision accrue. de plus, il alerte également les employés lorsqu'ils s'approchent de zones de travail dangereuses.
Solutions d'informations PoI
Lorsque la fonction de radiogoniométrie Bluetooth AoA est ajoutée aux smartphones, les solutions d'information PoI en bénéficient principalement. Par exemple, diverses expositions avec balises associées dans un musée peuvent utiliser l'application d'information PoI. Les utilisateurs peuvent accéder à l'application d'information PoI depuis leur smartphone et connaître toutes les expositions disponibles dans une salle. L'application permet à l'utilisateur de sélectionner l'exposition la plus opportuniste pour recevoir des informations supplémentaires concernant cette exposition particulière. Les utilisateurs peuvent utiliser le support de radiogoniométrie pour acquérir plus d'informations concernant un élément particulier en pointant simplement leur smartphone vers cette exposition spécifique.
Solutions IPS
La fonction de radiogoniométrie est également appliquée dans les solutions IPS. Par exemple, dans les systèmes de positionnement, la nouvelle fonction de direction Bluetooth peut être utilisée pour diriger les fans dans un grand stade directement sur leurs sièges. Les solutions IPS avec la fonction de radiogoniométrie nécessitent moins de balises de localisation pour obtenir une meilleure précision. Cela apporte une efficacité supplémentaire aux déploiements. de plus, la précision obtenue fournit des informations supplémentaires et une compréhension de l'interaction entre le consommateur et le produit.
Bluetooth 5.1 Théorie de la réalisation du service de localisation AoA
Résumé de la technologie de positionnement intérieur
Le positionnement indoor a plusieurs solutions. Ils incluent; UWB, Wifi, Balise BLE, et BLE AoA. UWB a une plage de précision de 0,1 m à 1 m, tandis que les balises Wi-Fi et BLE ont une erreur plus importante. Leur plage de précision est comprise entre 5 m et 20 m.
Analyse de la théorie du positionnement intérieur
Le système de positionnement intérieur dessine la modélisation architecturale d'une scène réelle, configure le récepteur-routeur à l'intérieur, et marque la position correspondante sur la carte de modélisation. Tous les signaux sans fil sont transmis via un smartphone ou un module balise. Après avoir reçu les signaux sans fil, le routeur récepteur installé en point fixe authentifie la zone de position de la balise.
Après avoir confirmé sa plage de zone de position, diverses antennes peuvent mesurer l'angle d'arrivée du signal de la balise. Cela peut être calculé en combinant la position précise de la balise et le positionnement de la triangulation.
Triangulation
La triangulation fait référence à la mesure de la position d'une balise à l'aide de deux ensembles de données AoA. Une donnée AoA peut être mesurée à l'aide de deux ensembles d'antennes. D'autre part, la position d'un appareil peut être mesurée à l'aide de deux ensembles de données AoA.
Théorie de la mesure
La fréquence
La bande ISM des appareils Bluetooth commence à partir de 2.40 GHz à 2.41 GHz. Bluetooth a 3 chaînes de diffusion qui incluent 37, 38, et 39. Dans les spécifications de base de Bluetooth v5.x, la vaste diffusion Bluetooth Low Energy peut être transmise sur n'importe quel canal à partir de 0 à 39. Ainsi, toutes les balises avec version Bluetooth 5.1 peut fonctionner efficacement sur n'importe quel canal Bluetooth.
Phase
Tous les signaux sans fil sont continus dans l'air. Dans la gamme de fréquence, le récepteur RX inverse la modulation et collecte le signal d'un cycle d'onde 0 ~ 2π.
Calcul de l'AoA
Imaginez quand un signal de balise BLE à fréquence fixe transmet dans un espace ouvert. Le RX reçoit une différence de phase nulle lorsque les récepteurs sont sur le même rayon et que le TX se termine pendant un temps particulier. cependant, un récepteur de phase est acquis lorsque le récepteur RX est dans une position avec un rayon incompatible, à un moment donné.
Erreur de mesure AoA
Il y a deux angles d'un plan à deux dimensions, mais il existe une trajectoire circulaire avec un rayon de α en coordonnées tridimensionnelles réelles. Bien que le récepteur AoA connaisse le signal d'une balise lorsqu'elle se trouve sur la trajectoire du cercle, il ne peut pas déterminer s'ils sont sur le cercle ou non. Pendant ce temps, le point de localisation des coordonnées de la balise est confirmé par un réseau d'antennes orthogonales.
Les réseaux d'antennes sont définis par le positionnement et en réduisant le nombre de récepteurs déployés. Vous trouverez ci-dessous une illustration du déploiement de réseaux d'antennes standard avec un kit de développement Bluetooth AOA.
Déploiement du logiciel AoA en Bluetooth 5.1
Bluetooth 5.1 est développé avec les spécifications du protocole AoA dans la couche de liaison logique. L'angle d'arrivée et l'angle de départ peuvent prendre en charge les modes de diffusion et de connexion et fonctionner sous 1M ou 2M PHY régulier. Voici les exigences du format de transmission de données
• Un paquet de données PDU a des spécifications AoA/AoD standardisées
• Le CTE est l'extension de paquet de données AoA/AoD, et sa période est 16 μs – 160 μs.
• La modulation du signal de 250 kHz est disponible sur une onde porteuse sans validation CRC ni blanchiment.
• Le récepteur RX utilise un signal pour déterminer la différence de phase et échantillonner la valeur I/Q du signal à un moment précis.
Défis des conceptions Bluetooth AoA
Interférence de réflexion de signal
Le récepteur RX dans une scène réelle reçoit son signal de réflexion ou celui d'autres angles d'arrivée et signaux de balise. de plus, Les paquets de données étendus CTE sont transportés par le signal de réflexion bien que les signaux de bruit doivent d'abord être éliminés.
Temps de commutation de compensation
Diverses antennes TF sont contrôlées par le noyau RF. Hormis le temps de transmission du signal dans l'air, le temps de commutation RF doit toujours être compensé.
Erreur de valeur d'angle
Un algorithme est nécessaire pour minimiser l'erreur puisque les mesures doivent avoir une erreur. Principalement, la plage d'erreur est comprise entre 3% ~ 5%.
Conseils pour maximiser la précision de Bluetooth AoA
Angle d'arrivée Bluetooth (AoA) calcule les angles d'azimut et d'élévation de la balise en utilisant la différence de phase d'un signal frappant diverses antennes. Les aspects physiques et le processus de transmission des signaux affectent la précision de l'AoA. Cette précision varie de quelques centimètres à environ un mètre.
Certaines des stratégies de maximisation de la précision de Bluetooth AoA sont;
une) Gardez toujours les objets métalliques loin des localisateurs. Une meilleure précision peut être obtenue en ajoutant une boîte au-dessus des localisateurs. Ceci est fait pour éloigner tout objet métallique près des localisateurs.
b) Disposez les localisateurs de chaque côté d'une balise. Il est essentiel d'avoir des localisateurs régulièrement espacés sur tous les côtés de la balise. Une mauvaise précision est obtenue lorsqu'il y a un grand angle entre la balise et le localisateur.
c) La meilleure précision est atteinte lorsque la balise et le localisateur sont positionnés à proximité. Déposez toujours les localisateurs avec des plafonds hauts pour obtenir une meilleure précision. Également, rappelez-vous de ne pas laisser tomber les localisateurs trop loin car une mauvaise précision peut être obtenue lorsqu'il y a un grand angle entre le localisateur et la balise.
ré) Parmi les X, ET, et emplacements Z, la pire précision est réalisée sur l'axe Z car tous les localisateurs sont souvent placés à des hauteurs similaires.
e) Une meilleure précision est obtenue lorsqu'une ligne de visée existe entre le localisateur et la balise. Envisagez de placer des balises sur des éléments tels que des charges de palettes et des localisateurs sur le toit ou le plafond pour créer une ligne de vue entre les deux.
F) Ajoutez des localisateurs supplémentaires à l'emplacement exact pour créer plus d'angles de localisation. Ces angles de localisation peuvent être utilisés pour calculer une meilleure précision de la position de la balise.
g) Vous pouvez également filtrer dans le temps pour faire la moyenne de plus de données. Ceci est réalisable sans stresser le moteur de localisation, bien que la latence soit augmentée lors de la réception des mises à jour de l'emplacement.
h) La variation de la précision dépend de l'orientation d'une balise. Dans des scénarios contrôlés, vous pouvez envisager d'organiser et de fixer l'orientation d'une balise pour améliorer la précision dans une direction spécifique.
je) Il est essentiel d'avoir une mesure précise du site et de l'ancrage - une précision médiocre est atteinte en raison de mesures initiales inexactes.
Avantages des technologies de positionnement Bluetooth AoA de MOKOBlue
• Ils ont une précision moyenne comprise entre 0.1 à 0.5 mètres
• Ils améliorent la précision à 5 mètres de la basse précision Bluetooth initiale de presque 10 fois
• Ils ont un taux de rafraîchissement élevé
• Ces technologies prennent en charge la version Bluetooth 5.1
• Ils sont compatibles avec diverses balises Bluetooth telles que les balises, les smartphones, montres, bracelets, et plein d'autres
• Ils consomment peu d'énergie
• Ils ont les capacités de diffusion en liaison descendante et d'ancrage IoT
Caractéristiques du produit MOKOBlue Beacons
1. SoC nordique série nRF52
2. Prend en charge la version Bluetooth 4.2
3. Compatible avec la version Bluetooth 5
4. Compatible avec Google Eddystone et Apple iBeacon
5. Disponible pour Arduino Bluetooth iOS
6. Possède des configurations SDK et APP uniques
Certaines des balises Bluetooth disponibles chez MOKOBlue sont;
une) Balise à capteur de lumière H6 - Elle est assemblée avec une structure de soudage par ultrasons et est compatible avec la version Bluetooth standard 4.2. outre, il est intégré à un accéléromètre 3 axes et à des capteurs de lumière. La balise à capteur de lumière H6 est la plus idéale pour les solutions d'information POI.
b) Balise de bracelet Bluetooth W6 - Cette balise de bracelet Bluetooth est compatible avec la version Bluetooth standard 5.1. Il est spécialement conçu pour les cas d'utilisation tels que les solutions de recherche d'articles, gestion des flux, etc.
c) Balise de casque H7 - Il s'agit d'une balise BLE durable avec un haut niveau d'étanchéité IP67. La balise est antichoc et résistante aux hautes températures. D'où, c'est une application efficace pour les solutions RTLS car elle peut fonctionner dans des environnements difficiles, comme les entrepôts, des usines, tunnel, sites de construction, et plus.
ré) M1 Coin Beacon Tag - Il s'agit d'un petit matériel d'étiquette de balise Bluetooth portable qui pèse 5.4 grammes. de plus, il est construit avec un capteur accéléromètre 3 axes en option qui lui permet d'analyser le comportement de l'utilisateur. L'étiquette de balise de pièce de monnaie M1 est le meilleur choix pour les solutions IPS.
