如何构建蓝牙测向演示

作为蓝牙 5.1的一部分发布，蓝牙测向可能是在室内环境中实现高精度定位的技术。顾名思义，蓝牙测向可以检测被标记的人或事物相对于一个或多个（通常是固定的）锚点的方向。与之前的解决方案相比，它的输出有了巨大的改进，之前的解决方案使用接收信号强度指示器 （RSSI） 来提供标签和锚点之间距离的粗略估计，而不提供标签相对方向的任何信息。

蓝牙测向使用到达角 （AoA） 技术来计算移动标签发射的射频信号撞击锚点的角度。它通过测量跨锚点的多天线阵列的传入蓝牙广告消息的微小相位差来实现这一点。我们在瑞典马尔默的办公室测试了这项技术，使用连接到天线阵列的蓝牙 5.1 模块作为固定锚，以及具有另一个蓝牙 5.1 模块的移动标签。

在整个演示过程中，前面看到的伺服系统密切跟踪移动标签，因为它在背景中被携带。该标签由 u-blox 应用板组成，包含一个基于Nordic nRF52833 芯片组的u-blox NINA-B406 蓝牙 5.1 低功耗模块。在此特定设置中，它可以广播大约 10 米范围内的蓝牙消息，但在其他用例中可以进一步扩展。

携带消息的射频信号由带有NINA-B411 蓝牙低功耗模块的 u-blox 天线板接收，该模块配备 u-blox 测向软件。该天线板包括五个交叉极化天线贴片，用于确定水平和垂直平面上输入信号的角度，以及一个由 LED 组成的十字，用于实时可视化角度估计。

最后，天线板输出包含估计角度、接收信号强度指示 （RSSI） 值、标签 ID 以及其他值的数据流。然后使用角度估计来控制安装在可枢转支架上的伺服系统，不断实时瞄准移动标签。

加快蓝牙测向解决方案的开发

了天线阵列如何使用基于到达角 （AoA） 的测向来确定传入射频信号的方向。移动标签发射的信号撞击构成锚点多天线阵列的每个单独的天线，相对于其余部分有轻微的相移。对射频信号的传播方式进行一些假设，在每个天线上观察到的微小相位差可用于计算其到达角：

实施将这些相位差转换为角度输出所需的算法可能会给没有在受限嵌入式系统中开发时间关键型固件经验的开发人员带来障碍。为了简化测向解决方案的开发并加快上市时间，我们开发了无线连接软件。它为开发人员提供了一个易于使用的命令 API，需要零编程来计算 u-blox NINA-B411 模块上的角度，处理射频数据收集和预处理，并抑制每个单独天线上的多径分量。

AoA 测向的无数用例

当我们开始使用蓝牙测向时，我们基本上将其视为向高精度室内定位迈出的一步。但随着我们的进步，我们意识到有无数种方法可以使用测向技术本身。它可用于构建跟随标记目标的相机，只需将相机安装到本文演示中使用的伺服器上即可。该技术能够确定标签以及资产位于锚点的哪一侧，可用于开发住宅、商业和工业建筑的访问控制系统。安装在车辆上，可用于实施防撞系统。而这样的例子不胜枚举。

审核编辑：郭婷