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Quantum RTLS超声波雷达高精度定位-打造世界上最准确的室内定位系统

2025-06-14 17:54:00
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量子 RTLS:受进化启发

ZeroKey 的突破性技术Quantum RTLS是一种革命性的毫米级 3D 实时定位系统(通常称为室内定位系统),可帮助企业大幅提高效率、消除浪费、优化以人为中心的工作流程和流程,并确保员工安全性和合规性。

Quantum RTLS 利用专有技术,结合锚节点、移动节点和网关, 1.5 毫米 3D 精度确定任何资产的位置。为了实现这种无与伦比的定位精度,量子 RTLS移动节点发射超声波信号,而安装在整个设施中的锚定设备以相同的超声波频率持续监听。当检测到信号时,定位引擎将检测时间与信号发出的真实时间进行比较,以根据声速估计移动设备和锚点之间的距离。通过四个或更多范围,可以精 确确定移动设备在 3D 空间中的位置。

当然,这个故事还有更多内容,包括先进的信号处理、滤波和定位算法,加上核心技术,ZeroKey在全球范围内获得了 30 多项专利。能够提供UWB技术 100 倍的定位精度的基本原理是使用超声波在时间和空间上定位任何给定物体。

超声波定位比其他系统要精 确得多,因为声速远慢于光速。当光穿过大气层时,光以惊人的 299,792,458 m/s(或约 670,616,629 mph!)的速度移动。另一方面,声音在空气中传播的速度约为 300 m/s(大约慢 100,000 倍)。当移动跟踪器位于固定锚点相对较小的范围内(例如,在工厂设置中通常在 1-10m 之间)时,各个锚点之间射频信号的到达时间差异很小。测量到达时间差需要所有锚定设备中的时钟异常良好地同步。锚点之间的同步差异和其他系统误差会导致范围不准确,从而导致最终位置不正确。

虽然Quantum RTLS 技术必须像任何其他室内定位系统一样应对类似的同步和系统测量挑战,但误差在测量的时间差中所占的比例要小得多。因此,它们对最终位置计算的影响要小得多。

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自然界中的超声波定位


尽管量子 RTLS 是唯 一可实现 1.5 毫米 3D 定位精度的商用实时定位系统,但在使用超声波进行超定位方面,大自然比我们早了 5300 万年(或许多达 8500 万年)。准确定位。众所周知,蝙蝠使用声波回声定位来导航周围环境,但除非您是专业生物学家或蝙蝠爱好者,否则这可能就是您的知识范围。在本文中,我们将深入研究蝙蝠回声定位的迷人世界,以阐明超声波定位的强大功能和稳健性。


当我们研究趋同进化的各种例子时,回声定位的效用也许是最明显的。尽管我们主要关注蝙蝠,据我们目前所知,蝙蝠是第 一批进化出这些能力的动物,但齿鲸(如海豚、鼠海豚和抹香鲸)和一些洞穴鸟类也使用回声定位技术。物种。在翼手目哺乳动物(又称蝙蝠)中,回声定位似乎已经进化了不止一次。尽管今天的蝙蝠物种是从使用喉部产生超声波脉冲的共同祖先进化而来的,但鲁塞特斯属(又名果蝠)中的一些物种随后失去了它们的能力。然后,果蝠重新进化,重新获得了用舌头咔嗒声进行回声定位的能力。已知最早的回声定位蝙蝠(也是所有现代蝙蝠最近的共同祖先)已有 5220 万年的历史。其保存极其完好且完全化石化的骨骼展示了喉部的形态适应,从而能够产生超声波脉冲。从进化的角度来看,哪些关键因素使超声波回声定位如此理想?

回声定位的低能源成本


尽管蝙蝠能够在 10 厘米处发出超过 135 分贝的声音(自然界中最响亮的空中声音之一),但所涉及的能量消耗却很少。这对于微翅目(微小的、主要食虫的蝙蝠,重量只有 6 克)尤其重要。考虑到飞行的高代谢成本,这些蝙蝠每小时要吃掉数百只昆虫,每晚吃掉的重量高达其体重的 40%。狩猎和飞行导航期间的猎物检测是通过回声定位实现的。通过分析对照实验中的呼吸气体交换,研究人员发现,当蝙蝠主动进行回声定位时,总体代谢成本没有差异。尽管超声波脉冲的强度很高,可以在最远 10 米的距离内进行精 确的回声定位,但脉冲中包含的总能量很小。同样的超声波特性使得 ZeroKey  Quantum RTLS 产品系列具有多种外形尺寸,使我们能够构建超紧凑的移动跟踪器,在某些情况下电池寿命长达 6 个月。

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回声定位呼叫的多样性


不同种类的蝙蝠会发出最适合其环境和行为的广泛叫声。洞穴蝙蝠利用跨越大频带的短促点击来导航障碍物并在漆黑中穿过复杂的洞穴系统。在开放空间捕猎的蝙蝠更喜欢根据猎物的大小和距离使用具有不同谐波的窄带呼叫。为了更精 确的目标定位和三维精度,特别是在杂乱的环境中,宽带呼叫受到青睐。最后,产生恒定频率信号的蝙蝠获得了最 好的结果。它们不仅可以精 确定位目标,还可以根据昆虫拍打翅膀所产生的返回信号的微小变化来区分猎物的大小和类型。人们甚至观察到,这些蝙蝠在繁忙环境中搜索移动目标时,会通过在速度改变时调节频率来补偿多普勒频移。这样做时,返回的信号与它们静息时的叫声相同,这使它们能够将自己的声音与人群中的其他人区分开来。超声波信号产生方式的这种令人难以置信的多样性表明,随着技术的成熟,超声波定位的未来潜力。超声波指纹识别将允许在一处跟踪的物体数量几乎无限的可扩展性。同时,信号类型还可以根据所需的结果进行调整,以适应各种环境中的不同用例。


蝙蝠可以喊叫或耳语

蝙蝠叫声的音量会根据环境和猎物的不同而有很大差异。例如,一些叫喊的蝙蝠发出的声音达到与烟雾探测器相当的音量。大声叫喊的优点是信号有更多的能量到达表面并反弹回蝙蝠,这意味着它可以看到更远的地方。然而,当您喊叫时,其他人也更容易听到您的声音。这导致了某些飞蛾物种的进化,使它们能够感知蝙蝠何时主动定位它们,以便它们能够快速机动到安全地带。反过来,早于这些飞蛾的蝙蝠也学会了低语。当蝙蝠接近猎物时,它们会发出非常安静的超声波脉冲,使飞蛾难以察觉它们的存在。


同样,Quantum RTLS 产品线在每个超声波设备上使用可调节的收听距离,以适应环境,同时最 大限度地提高效率。在较小的范围内,例如工作台,较短的收听距离意味着较少的多径干扰。相比之下,较长的监听距离可以在仓库或工厂中通过安装在高天花板上的锚传感器进行精 确定位。

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利用超声波实现超精 确定位

毫无疑问,蝙蝠需要精 确性来执行生存所需的任务。蝙蝠吃掉的昆虫数量惊人——有些物种单个个体每小时可吃掉多达 1000 只飞虫!在黑暗中以如此高的成功率捕猎微小猎物绝非易事,只有超声波定位固有的高精度才能实现。但超声波定位到底有多精 确呢?对于具有专门发声适应性和专用神经电路优势的蝙蝠来说,检测小于 0.1 毫米的范围变化的能力已在多个对照实验中得到证明。


同样,ZeroKey 的量子 RTLS 技术可以以 1.5 毫米的精度对物体进行 3D 定位。与蝙蝠相比,这似乎并不令人印象深刻。然而,它仍然比市场上第二好的室内定位技术准确 100 倍以上!

超声波定位大众化

我们的世界是模拟的,大多数物理过程在数字领域中本质上是不可见的。

就像蝙蝠利用超声波回声定位在黑暗中看到东西一样,量子 RTLS 通过以无与伦比的精度对物理过程进行数字化和数字孪生来照亮工业环境。毫米级精 确定位可实现制造供应链、物流、工人安全和医疗保健应用中以人为本的复杂流程的实时数字化。使用空间数据跟踪人员、工具、工单和设备的确切位置,可以对流程进行精 确建模和监控,例如装配工单或对零件上的螺栓进行紧固和排序。量子 RTLS 已商用,易于部署且可扩展,让超声波精度的力量触手可及。


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