什么是AOA測距？

到達角度測距(Angle-of-Arrival：AOA)：基于信號到達角度的定位算法是典型的、基于測距的定位算法，在無線傳感網絡應用中，AOA（到達角度測距）作為網絡節(jié)點自定位一種常見的定位算法，其主要特點有：成本低、定位精度高等。主要是通過一些應用固件探測發(fā)射信號的到達方向，然后根據接收節(jié)點與始發(fā)節(jié)點之間的交錯夾角，再利用三角測量或者是其他角位推算出發(fā)送信號中存在未知節(jié)點的位置，在目前無線應用市場中被廣泛利用。

關于AOA算法的基本原理

在無線信號傳輸過程中，在對信號傳輸中信號傳播方向構成的不同角度、范圍的天線陣列信號，不同的天線所接收到的信號都會存在一個接收信號時間差，而這個時間差則可以用來對應不同的信號到達角度，這就是AOA技術基于信號到達角度定位算法的基本原理，可以參考下圖。

按照不同信號到達角度構成的時間差這樣的思路來看，從信號傳輸的角度上來說，AOA算法的核心理論就是需要計算到不同天線所接收的時間差。就是在藍牙芯片開放藍牙射頻端的載波振幅和相位收發(fā)值時，根據不同的天線陣列設計使用I/Q（相位值）值計算出信號到達角度方位，再通過兩個不同方位的接收端，就可以判斷出發(fā)射端的精確位置（這個誤差大約為125px，目前市場上較為高精度的數據）。

常見的時間差計算方法

不同天線上信號到達時間差的計算方法有兩種：

①在接收到信號時，采用信號時延計算方法進行確定，再結合信號當前傳播速率以及陣列幾何分布來計算到達角度。

②Beamforming——波束成形技術，將從不同方向的信號進行加強放大，然后按照不同方向上的信息強度來確定到達角度。

根據到達角度進行定位具體算法

在基站的位置已知的條件下，基站發(fā)送的信號到達兩個已經被定位的節(jié)點：基站1到設備之間連線與基準方向的夾角α1，同時基于此方向畫一條射線L1；同樣基站2到設備之間連線與基準方向的夾角α2，基于此方向畫一條射線L2。那么射線L1與射線L2的交點就是設備的到達角位置。

將基站BS1的坐標記作(x1,y1)，BS2的坐標記作(x2,y2)，被測節(jié)點坐標為(x,y)。

假設α1和α2均不為90°，則兩射線的直線方程分別為 y?y1=k1(x?x1)，y?y2=k2(x?x2)，其中k1=tan(α1)，k2=tan(α2)

假設基站BS1的坐標為(0,0)，BS2的坐標為(1,0)，α1=30°，α2=120°，求被定位節(jié)點的代碼如下:

x1=0;y1=0;x2=1;

y2=0;α1=30;

α2=120;k1=tan(α1/180pi);k2=tan(α2/180pi);

x=(k1x1-k2x2-y1+y2)/(k1-k2)

y=(k1k2(x1-x2)-k2y1+k1y2)/(k1-k2)

結果為

x = 0.750，y = 0.433

(x,y)=(0.75,0.433)即為被定為節(jié)點的位置。

若α1或α2為90°時，兩射線方程為x=x1或x=x2，和另一射線聯(lián)立即可求得被測節(jié)點位置。

AOA技術物聯(lián)網應用場景

AOA定位技術作為目前室內定位的主要無線技術之一，可以向對象標簽提供精準定位信息，還可以用于對人員活動軌跡的跟蹤，以及對室內固定資產的的控制，目前主要的應用場景有：

①智慧城市——超市商場：商場中的定位服務以及商場中的商品可以進行標簽固定，避免出現取貨不付錢的情況。

②工業(yè)智能化——工廠：可以給工人進行定位，并對工作區(qū)域進行優(yōu)先級/權限劃分。除此之外，還可以對工業(yè)機器人進行定位操作，為其規(guī)劃線路并控制其工作等等。

審核編輯：湯梓紅