各种智能跟随定位技术解剖

宇智 · 发表于 2019-5-9 12:28:45

各种智能跟随定位技术解剖

一、 目前市面上主流的智能跟随技术有5种

1） 蓝牙，WIFI定位

2） GPS定位

3） UWB定位

4） 视觉定位

5） 超声波定位

二、几种技术的原理和对比

蓝牙(iBeacon)，WIFI定位

目前来说这两种技术定位精度非常差，蓝牙5.0及以前版本是利用RSSI信号强度来定位距离，精度很难做到米级以上，如果还要定位角度的话，需要有定向天线。有两种方法，一直是两个蓝牙模块，定向天线朝向不同，根据天线接收的信号强度比例来计算信号源角度；另一种方法是天线加装旋转机构，类似雷达旋转扫描方式找到信号最强的方向。WIFI定位原理类似。还可以根据多个设备组网提高定位精度，但实用性确实不算太好。所以目前这两种方法定位不理想，没有做跟随产品。

以后蓝牙5.1技术成熟后，会有机会。蓝牙5.1支持天线阵列，天线阵列接收RF信号时有相位差异，根据相位差异可以计算出信号源的距离和角度。从蓝牙5.1新公布的技术标准，定位精度可以达到CM级别，角度精度可以达到5度以内。目前蓝牙技术联盟已经公布蓝牙5.1标准，还没有产品推出，按照半导体器件推出进度规律，一般两年后市场有望推出成熟量产的蓝牙5.1芯片或模块，还是挺让人期待的。不过从其原理来看，蓝牙5.1也不会很完美，有个多径反射问题，在室内空间不大的情况下或者周围有柱子，金属等等电磁波发射物会对信号源的信号多径反射，最后天线接收到的信号来自多个方向，会造成定位错误。

成熟应用案例：无

1）GPS定位

GPS定位非常成熟，应用也很多。不过做跟随只能在室外，因为室内无法接收卫星信号。并且GPS定位精度低，一般情况只能做到3米级以上。对距离误差不敏感的产品可以使用。例如植保无人机定位，并且还有摄像头做辅助定位才能达到足够精度。

成熟应用案例：大疆植保无人机

参考网址：https://www.dji.com/cn/products/spraying-solutions?site=brandsite&from=nav

2）UWB定位

UWB最初的定义是来自于60年代兴起的脉冲通信技术，又称为脉冲无线电（Impulse Radio）技术。这种技术用上升沿和下降沿都很陡的基带脉冲直接通信。定位精度可以做到CM级别。

做跟随技术的话，除了定位距离还需要确定信号源角度，所以信号接收端一般是两个或两个以上间隔一定距离的接收模块，依靠这个距离差用三角法可以计算出信号源的相对角度。

UWB技术已经比较成熟，做自动跟随的产品也非常适合。缺点主要有两点，1.成本比较高，系统至少需要一个发射模块+两个接收模块，成本就更高了，对成本敏感的产品会有压力。2.对角度的定位精度不理想，这是其定位原理决定的。在接近0度的时候精度有机会做到5度，如果偏角较大精度就会迅速下降。所以用UWB原理做的跟随产品，如果被跟随的人移动稍快的情况下，会造成跟随体验不够好。

小米9 号平衡车为此做了一些改进并申请了专利，就是原UWB基础上加装了天线旋转装置，扫描寻找信号最强的方案来辅助定位。当然这样成本就更加高了。

成熟应用案例：爱尔威智能跟随行李箱小米 9号平衡车

参考网址：http://www.airwheel.cn/product/sr5

UWB方案板：

UWB原理跟随行李箱：

3）视觉定位跟随

因为需要知道距离信息，所以做视觉定位跟随的是用到带3D深度信息的视觉识别。用视觉识别来做定位算法上会难度很高。业界也有一些产品做了一些巧妙的改进来降低难度，例如酷哇的跟随行李箱，用了单线的红外激光做标记，辅助摄像头做深度计算。用到原理是激光发射器发射一束一字线性激光，经漫反射回来被红外摄像头接收，用三角测距法计算一维的深度信息。

视觉定位有个非常突出的优点，不用携带信号源或者遥控器。不过缺点也同样明显。1.成本很高，摄像头本身贵，单个摄像头可视角不大一般需要至少2-3个摄像头才能很好的覆盖比较大角度，成本就跟高了。2.需要做视觉处理运算量大，计算平台成本也高。3.视觉识在跟随的时候是识别人的背后，人多的时候，穿插走动，容易误判跟丢。4.对室外阳光干扰非常敏感，环境光线太强摄像头会饱和失效。

成熟应用案例：酷哇智能跟随行李箱方案

参考网址：http://www.cowarobot.com/solution.html

基于视觉识别的跟随方案