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本文作者：銀匠

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

其中，有兩類(lèi)技術(shù)比較有特點(diǎn)，并且受到了產(chǎn)業(yè)和資本的青睞與關(guān)注。

第一類(lèi)是音頻定位技術(shù)（聲波）。

第二類(lèi)是室內(nèi)北斗定位技術(shù)（也叫偽衛(wèi)星）。

本次高精度定位白皮書(shū)的調(diào)研，我們對(duì)這兩類(lèi)技術(shù)也進(jìn)行了收錄，下面我們?cè)敿?xì)介紹一下這兩類(lèi)定位技術(shù)。

音頻定位技術(shù)介紹

基于音頻信號(hào)的室內(nèi)定位技術(shù)，具有成本低、精度高、兼容性好的特點(diǎn)，非常適合消費(fèi)級(jí)智能手機(jī)的室內(nèi)定位場(chǎng)景。直接使用智能手機(jī)內(nèi)置的麥克風(fēng)，無(wú)需增加額外的設(shè)備。

可擴(kuò)展至智能手機(jī)的音頻定位系統(tǒng)可以大致分為兩大類(lèi)：基于音頻信號(hào) 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(jié)合起來(lái)并聯(lián)合估計(jì)超聲波到達(dá)時(shí)間進(jìn)行定位，該套系統(tǒng)限制接入用戶(hù)數(shù)量。Mandal 設(shè)計(jì)的 Beep 系統(tǒng)，采用的移動(dòng)端播發(fā)，音頻基站接收的架構(gòu)，同時(shí)將移動(dòng)端設(shè)備同音頻基站進(jìn)行了時(shí)鐘同步，直接估計(jì)音頻信號(hào)的傳播時(shí)間實(shí)現(xiàn)定位，當(dāng)多用戶(hù)接入時(shí)，移動(dòng)端分時(shí)播發(fā)。

2012 年出現(xiàn)的 BeepBeep 系統(tǒng)，利用了一個(gè)基于雙向消息交換的時(shí)間同步協(xié)議直接實(shí)現(xiàn)了音頻基站同智能手機(jī)的距離估計(jì)。2013 年 Liu 設(shè)計(jì)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(gòu)，首次采用了人耳幾乎不可感知的高頻信號(hào)（17-22kHz），最后采用正交編碼調(diào)制技術(shù)直接估計(jì)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間。2016 年 Tan 等人對(duì) BeepBeep 系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后提出了oneBeep 系統(tǒng)。

音頻定位基站會(huì)持續(xù)向室內(nèi)空間廣播聲波信號(hào)（16.5KHz~23.5KHz）,利用手機(jī)和定位芯片等終端接收和解碼測(cè)距信號(hào)，以最先到達(dá)信號(hào)估計(jì)基站和用戶(hù)終端之間的距離，并根據(jù)在用戶(hù)位置測(cè)量的多個(gè)距離估計(jì)用戶(hù)位置。定位范圍為四基站范圍內(nèi)為基站所覆蓋的范圍內(nèi)提供室內(nèi)高精度定位。

音頻信號(hào)定位的特點(diǎn)：

基于音頻的室內(nèi)定位技術(shù)利用聲學(xué)器件如麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)定位具有如下特點(diǎn)：

1、精準(zhǔn)定位：定位精度可達(dá)分米級(jí)（0.5-1m）

2、維護(hù)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(yuǎn)低于射頻，實(shí)現(xiàn)高精度的音頻定位對(duì)時(shí)鐘的同步精度要求不高；

4、對(duì)于位置服務(wù)提供商，雖然實(shí)現(xiàn)音頻定位需要在室內(nèi)布設(shè)音頻節(jié)點(diǎn)，但由于商用音頻元器件的成本低廉，有望通過(guò)低成本的基礎(chǔ)設(shè)施投入，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的高精度定位（分米級(jí)）；

5、對(duì)于用戶(hù)，麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器是手持智能移動(dòng)終端的標(biāo)配，可在無(wú)需用戶(hù)額外開(kāi)銷(xiāo)的情況下提供高精度的位置服務(wù)。

6、不限用戶(hù)容量：采用類(lèi)似衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的廣播模式，基站和終端無(wú)需交互，不限用戶(hù)容量。

7、數(shù)據(jù)安全：終端側(cè)解算，基站不主動(dòng)掃描用戶(hù)信息。

音頻定位市場(chǎng)進(jìn)展：

音頻定位市場(chǎng)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(shù)為核心、多源信息融合的高精度室內(nèi)定位導(dǎo)航一體化技術(shù)方案提供商，擁有從信號(hào)、芯片、模組、定位基站、定位終端、算法到產(chǎn)品解決方案的全棧技術(shù)研發(fā)能力。

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

此外，浙江大學(xué)湖州研究院也有一個(gè)團(tuán)隊(duì)，在做音頻定位的產(chǎn)品與方案，不過(guò)該團(tuán)隊(duì)更多的是將音頻應(yīng)用于垂直行業(yè)。

音頻定位技術(shù)最大的殺手锏是手機(jī)這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施都有麥克風(fēng)，這為音頻定位技術(shù)的商業(yè)普及奠定了極大的基礎(chǔ)。

此外，音頻的基站（也就是喇叭），硬件成本也很低，且因?yàn)橐纛l是機(jī)械波，傳播的速度約340m/s，這相比于無(wú)線(xiàn)電波的速度可以忽略不計(jì)，信號(hào)源的速度低，意味著整個(gè)系統(tǒng)對(duì)于速度的測(cè)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(lèi)型定位算法的難度低很多。

目前音頻定位技術(shù)已在高鐵站、隧道、機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院等場(chǎng)景開(kāi)始商業(yè)化落地。

室內(nèi)北斗定位技術(shù)介紹

室內(nèi)衛(wèi)星顧名思義，就是在室內(nèi)有遮擋環(huán)境中的衛(wèi)星定位技術(shù)，眾所周知，目前全球幾大GNSS定位系統(tǒng)已經(jīng)很完善，但是GNSS有個(gè)致命的弱點(diǎn)，就是地面如果有遮擋就沒(méi)有信號(hào)，在這樣的條件下，在室內(nèi)定位場(chǎng)景中的衛(wèi)星定位技術(shù)（也叫偽衛(wèi)星）就應(yīng)運(yùn)而生。

在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，GNSS定位系統(tǒng)是北斗，所以，國(guó)內(nèi)室內(nèi)衛(wèi)星技術(shù)也主要是基于北斗技術(shù)，所以國(guó)內(nèi)的室內(nèi)衛(wèi)星通常也叫“室內(nèi)北斗”。

大致原理是在室內(nèi)場(chǎng)景模擬真實(shí)導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，讓所有的衛(wèi)星導(dǎo)航終端實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)盲區(qū)（室內(nèi)、地下、隧道、高架下等）的定位導(dǎo)航，在同源信號(hào)下實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接室內(nèi)外導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外一體化高精度定位導(dǎo)航。

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

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

天線(xiàn)配合室內(nèi)北斗衛(wèi)星微型基站使用，單臺(tái)室內(nèi)北斗衛(wèi)星微型基站可外接多個(gè)天線(xiàn)，提高單臺(tái)微型基站覆蓋性、降低布設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)大范圍覆蓋。室內(nèi)北斗微型基站支持移動(dòng)通信、網(wǎng)絡(luò)鏈接、光纖等連接方式，將精確的時(shí)間信息和導(dǎo)航信號(hào)播發(fā)給室內(nèi)用戶(hù)。

用戶(hù)終端包括智能手機(jī)和室內(nèi)外專(zhuān)用終端，普通終端例如手機(jī)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(nèi)外一體化導(dǎo)航定位，也可根據(jù)室內(nèi)環(huán)境和室內(nèi)北斗衛(wèi)星微型基站的播發(fā)信號(hào)，結(jié)合多源測(cè)量信息，根據(jù)算法減小定位誤差和室內(nèi)多徑干擾的影響，基于融合測(cè)量信息實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)定位。

室內(nèi)北斗技術(shù)最新市場(chǎng)進(jìn)展：

室內(nèi)北斗最大的優(yōu)勢(shì)就是室內(nèi)外的無(wú)縫銜接，對(duì)于終端用戶(hù)來(lái)說(shuō)，不用做任何改變（不需要額外購(gòu)置設(shè)備、也不需要進(jìn)行額外的使用操作），就能在室內(nèi)遮擋環(huán)境享受到北斗定位服務(wù)。

結(jié)合這樣的特點(diǎn)，以及北斗定位的實(shí)際需要，該技術(shù)特別適用于隧道場(chǎng)景，除了隧道之外，其他比較適合的場(chǎng)景還有大型的生產(chǎn)車(chē)間、大型的物流園區(qū)、大型地下停車(chē)場(chǎng)等。

目前市場(chǎng)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(shù)與室內(nèi)北斗定位技術(shù)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(chǎng)上會(huì)有很多人將這兩類(lèi)技術(shù)作為競(jìng)品進(jìn)行對(duì)比，但筆者認(rèn)為這兩家企業(yè)未來(lái)的商業(yè)化思路有很大的差異。

為什么UWB與藍(lán)牙是定位市場(chǎng)的主流，因?yàn)檫@兩類(lèi)定位技術(shù)目前已經(jīng)形成了完善的生態(tài)。而音頻定位與室內(nèi)北斗兩類(lèi)技術(shù)作為新入局者，都會(huì)面臨共同的問(wèn)題，如何建自己的生態(tài)。

審核編輯：湯梓紅