全球首款基于RISC-V高精度音频室内定位芯片投入商用

楚天都市报吉木新闻记者柯诚通讯员吴江龙实习生刘庆庆

一进隧道就不能手机导航?商场地下停车场找不到车……这些问题,已经有人帮你解决了——测绘与遥感信息工程国家重点实验室主任陈瑞智教授,武汉大学,带领团队研发5年音频室内定位技术正式投入商用,发布全球首款基于RISC-V的高精度音频室内定位芯片。在近日结束的第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国总决赛中声音定位系统 d题,武汉大学师生团队凭借这一成绩获得了高等教育大师赛道金奖。

陈睿智教授发布开普勒A100芯片

让手机帮你“听声音”

随着北斗导航系统的广泛应用,我国户外导航技术日趋成熟,但卫星导航存在室内空间不可用、不可及、室内定位精度低等“先天缺陷”。陈瑞智团队承担的国家“十三五”重点研发项目正是针对这一问题,以实现室内外高精度导航无缝对接的目标。陈睿智提出的解决方案是音频室内定位。

音频是如何定位的?陈睿智举了一个通俗易懂的例子:自然界中,雷电是同步发生的,但是人听到雷声和看到闪电是有时间差的。这种现象可以用来判断闪电的距离。

在陈睿智团队自主研发的整套音频定位解决方案中,需要在室内空间多点安装基站(发射器),基站不断发射电信号和声波。电信号像闪电一样“跑得快”,声波像雷声一样“跑得慢”。手机接收到这两个信号后,可以分析到某个基站的距离,然后根据多个不同基站的距离,进行精准定位。普通手机定位精度可达0.42米。

“现在人人都有手机,所以我们的解决方案首先是针对手机开发的。” 陈睿智介绍,该方案让普通用户无需额外投资即可享受便利。“不仅是手机,还有智能手表和智能家居。等等,只要是带麦克风的设备,不做任何修改,就能听到我们的‘广播’,确定你当前所在的位置。”

那么,无时无刻不在“广播”不会扰民吗?陈睿智笑着说,手机能听到基站发送的音频频段,但人耳听不到声音定位系统 d题,人们感觉不到它的存在。

五年突破“卡脖子”难题

经过陈睿智的解释,音频室内定位似乎很简单。在实践中,这是非常困难的。

“前进的每一步都是艰难的,”陈睿智教授回国任教后带回的第一个研究生郭广义说。五年来一直跟随陈睿智参与该项目的研究,目前在实验室做博士后工作。

图片[1]-全球首款基于RISC-V高精度音频室内定位芯片投入商用-老王博客

郭光义介绍,第一个大问题是要找到一个合适的音频频段,既不会打扰人,也不会干扰其他声音信号,而且覆盖范围很广。当时估计可用资源只有6K。为了找到一个合适的环保频段,团队花费了近一年的时间,最终确定频段为16kHz-23kHz。

“我们就像手里拿着一把米饭,但我们必须做一顿丰盛的饭菜,让每个人都吃得饱,吃得饱。” 陈睿智描述了克服窄带漫游技术的难点。

另一个困难是声音会被环境中的玻璃和墙壁等障碍物反射。如何智能识别反射信号和直射信号是决定定位精度的关键。团队成员花了几个月的时间来克服这个问题。

“解决每个问题,我们往往靠头脑风暴,经常为难点吵架,最后不得不搬出陈老师当裁判。” 郭广义笑了笑。陈睿智的办公室里有一张长桌,墙上还安装了一块电子白板,方便团队成员之间的交流和讨论。

小芯片蕴含百亿市场

在整套音频定位解决方案逐渐成熟后,陈睿智团队将目光从消费级(针对手机)转向专业级(非移动设备)。

“室内定位的作用不仅仅是普通市民可以在室内导航,也是实现物联网的关键技术。比如可以帮助智能机器人省去很多昂贵的定位传感器,让自动驾驶汽车无法在隧道和停车场失去向导,帮助智能工厂更方便快捷地调拨物资。” 陈睿智说道。要实现这些功能,必须要有手机以外的设备。

因此,2020年10月,陈睿智团队成立了科研成果孵化器——知路导航研究院。不到一年,公司推出了高精度音频室内定位芯片Kepler A100。

与美国UWB专业级、Wi-Fi(RTT)消费级等多种定位技术相比,Kepler A100芯片系统复杂度低,建设维护成本低。使用该芯片及其系列产品,用户可以开发或集成专用设备,可应用于火车站、高铁站、地铁站、机场航站楼、会展中心、大型场馆、地下矿区等场景,服务于公共安全和工业生产。、应急管理等重要领域。

目前,这款芯片已在南京南站、广州白云机场和德清会展中心投入使用,反响良好。在南京南站55万平方米的大型室内场地,凯珀A100可为公安民警提供实时定位服务,支持警力部署、联防联控;在德清会展中心,该芯片可用于场馆和参展商。,游客提供综合定位服务。

陈睿智团队预计,到2021年,国内不同行业场景对高精度室内定位的市场需求将超过1000亿元,并且还在快速增长。未来五年,基于开普勒A100的音频定位技术有望占据四分之一的市场份额。

陈瑞智,1963年11月出生,博士,教授,博士生导师,芬兰科学与人文科学院院士,现任武汉大学测绘与遥感信息工程国家重点实验室主任。导航定位领域国际知名学者,致力于智能手机室内外无缝导航定位和低轨卫星导航增强的理论研究和核心技术开发。.

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