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Quantum RTLS超聲波雷達(dá)高精度定位-打造世界上最準(zhǔn)確的室內(nèi)定位系統(tǒng)

2025-06-14 17:54:00
263次

量子 RTLS：受進(jìn)化啟發(fā)

ZeroKey 的突破性技術(shù)Quantum RTLS是一種革命性的毫米級(jí) 3D 實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（通常稱為室內(nèi)定位系統(tǒng)），可幫助企業(yè)大幅提高效率

、消除浪費(fèi)、優(yōu)化以人為中心的工作流程和流程
，并確保員工安全性和合規(guī)性
。

Quantum RTLS 利用專有技術(shù)

，結(jié)合錨節(jié)點(diǎn)
、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)
，以 1.5 毫米 3D 精度確定任何資產(chǎn)的位置
。為了實(shí)現(xiàn)這種無(wú)與倫比的定位精度
，量子 RTLS移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)射超聲波信號(hào)，而安裝在整個(gè)設(shè)施中的錨定設(shè)備以相同的超聲波頻率持續(xù)“監(jiān)聽(tīng)”
。當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)時(shí)
，定位引擎將檢測(cè)時(shí)間與信號(hào)發(fā)出的真實(shí)時(shí)間進(jìn)行比較
，以根據(jù)聲速估計(jì)移動(dòng)設(shè)備和錨點(diǎn)之間的距離
。通過(guò)四個(gè)或更多范圍
，可以精 確確定移動(dòng)設(shè)備在 3D 空間中的位置
。

當(dāng)然，這個(gè)故事還有更多內(nèi)容

，包括先進(jìn)的信號(hào)處理
、濾波和定位算法
，加上核心技術(shù)
，ZeroKey在全球范圍內(nèi)獲得了 30 多項(xiàng)專利。能夠提供比UWB技術(shù)高 100 倍的定位精度的基本原理是使用超聲波在時(shí)間和空間上定位任何給定物體
。

超聲波定位比其他系統(tǒng)要精 確得多，因?yàn)槁曀龠h(yuǎn)慢于光速

。當(dāng)光穿過(guò)大氣層時(shí)
，光以驚人的 299,792,458 m/s（或約 670,616,629 mph?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">。┑乃俣纫苿?dòng)
。另一方面，聲音在空氣中傳播的速度約為 300 m/s（大約慢 100,000 倍）
。當(dāng)移動(dòng)跟蹤器位于固定錨點(diǎn)相對(duì)較小的范圍內(nèi)（例如
，在工廠設(shè)置中通常在 1-10m 之間）時(shí)，各個(gè)錨點(diǎn)之間射頻信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差異很小
。測(cè)量到達(dá)時(shí)間差需要所有錨定設(shè)備中的時(shí)鐘異常良好地同步
。錨點(diǎn)之間的同步差異和其他系統(tǒng)誤差會(huì)導(dǎo)致范圍不準(zhǔn)確
，從而導(dǎo)致最終位置不正確
。

雖然Quantum RTLS 技術(shù)必須像任何其他室內(nèi)定位系統(tǒng)一樣應(yīng)對(duì)類似的同步和系統(tǒng)測(cè)量挑戰(zhàn)，但誤差在測(cè)量的時(shí)間差中所占的比例要小得多

。因此
，它們對(duì)最終位置計(jì)算的影響要小得多
。

Quantum RTLS超聲波雷達(dá)高精度定位-打造世界上最準(zhǔn)確的室內(nèi)定位系統(tǒng)1.png

自然界中的超聲波定位


盡管量子 RTLS 是唯 一可實(shí)現(xiàn) 1.5 毫米 3D 定位精度的商用實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)
，但在使用超聲波進(jìn)行超定位方面
，大自然比我們?cè)缌?/span> 5300 萬(wàn)年（或許多達(dá) 8500 萬(wàn)年）
。準(zhǔn)確定位
。眾所周知
，蝙蝠使用聲波回聲定位來(lái)導(dǎo)航周圍環(huán)境，但除非您是專業(yè)生物學(xué)家或蝙蝠愛(ài)好者，否則這可能就是您的知識(shí)范圍
。在本文中
，我們將深入研究蝙蝠回聲定位的迷人世界
，以闡明超聲波定位的強(qiáng)大功能和穩(wěn)健性。


當(dāng)我們研究趨同進(jìn)化的各種例子時(shí)

，回聲定位的效用也許是最明顯的。盡管我們主要關(guān)注蝙蝠
，據(jù)我們目前所知
，蝙蝠是第 一批進(jìn)化出這些能力的動(dòng)物，但齒鯨（如海豚
、鼠海豚和抹香鯨）和一些洞穴鳥類也使用回聲定位技術(shù)。物種
。在翼手目哺乳動(dòng)物（又稱蝙蝠）中，回聲定位似乎已經(jīng)進(jìn)化了不止一次
。盡管今天的蝙蝠物種是從使用喉部產(chǎn)生超聲波脈沖的共同祖先進(jìn)化而來(lái)的，但魯塞特斯屬（又名果蝠）中的一些物種隨后失去了它們的能力
。然后，果蝠重新進(jìn)化
，重新獲得了用舌頭咔嗒聲進(jìn)行回聲定位的能力
。已知最早的回聲定位蝙蝠（也是所有現(xiàn)代蝙蝠最近的共同祖先）已有 5220 萬(wàn)年的歷史
。其保存極其完好且完全化石化的骨骼展示了喉部的形態(tài)適應(yīng)
，從而能夠產(chǎn)生超聲波脈沖。從進(jìn)化的角度來(lái)看
，哪些關(guān)鍵因素使超聲波回聲定位如此理想？

回聲定位的低能源成本


盡管蝙蝠能夠在 10 厘米處發(fā)出超過(guò) 135 分貝的聲音（自然界中最響亮的空中聲音之一），但所涉及的能量消耗卻很少

。這對(duì)于微翅目（微小的、主要食蟲的蝙蝠
，重量只有 6 克）尤其重要
。考慮到飛行的高代謝成本
，這些蝙蝠每小時(shí)要吃掉數(shù)百只昆蟲
，每晚吃掉的重量高達(dá)其體重的 40%。狩獵和飛行導(dǎo)航期間的獵物檢測(cè)是通過(guò)回聲定位實(shí)現(xiàn)的
。通過(guò)分析對(duì)照實(shí)驗(yàn)中的呼吸氣體交換
，研究人員發(fā)現(xiàn)
，當(dāng)蝙蝠主動(dòng)進(jìn)行回聲定位時(shí)，總體代謝成本沒(méi)有差異
。盡管超聲波脈沖的強(qiáng)度很高
，可以在最遠(yuǎn) 10 米的距離內(nèi)進(jìn)行精 確的回聲定位
，但脈沖中包含的總能量很小。同樣的超聲波特性使得 ZeroKey 的 Quantum RTLS 產(chǎn)品系列具有多種外形尺寸
，使我們能夠構(gòu)建超緊湊的移動(dòng)跟蹤器
，在某些情況下電池壽命長(zhǎng)達(dá) 6 個(gè)月
。

image.png

回聲定位呼叫的多樣性


不同種類的蝙蝠會(huì)發(fā)出最適合其環(huán)境和行為的廣泛叫聲
。洞穴蝙蝠利用跨越大頻帶的短促點(diǎn)擊來(lái)導(dǎo)航障礙物并在漆黑中穿過(guò)復(fù)雜的洞穴系統(tǒng)
。在開(kāi)放空間捕獵的蝙蝠更喜歡根據(jù)獵物的大小和距離使用具有不同諧波的窄帶呼叫。為了更精 確的目標(biāo)定位和三維精度
，特別是在雜亂的環(huán)境中
，寬帶呼叫受到青睞
。最后，產(chǎn)生恒定頻率信號(hào)的蝙蝠獲得了最 好的結(jié)果
。它們不僅可以精 確定位目標(biāo)
，還可以根據(jù)昆蟲拍打翅膀所產(chǎn)生的返回信號(hào)的微小變化來(lái)區(qū)分獵物的大小和類型
。人們甚至觀察到
，這些蝙蝠在繁忙環(huán)境中搜索移動(dòng)目標(biāo)時(shí)
，會(huì)通過(guò)在速度改變時(shí)調(diào)節(jié)頻率來(lái)補(bǔ)償多普勒頻移
。這樣做時(shí)
，返回的信號(hào)與它們靜息時(shí)的叫聲相同
，這使它們能夠?qū)⒆约旱?/span>“聲音”與人群中的其他人區(qū)分開(kāi)來(lái)
。超聲波信號(hào)產(chǎn)生方式的這種令人難以置信的多樣性表明
，隨著技術(shù)的成熟
，超聲波定位的未來(lái)潛力
。超聲波指紋識(shí)別將允許在一處跟蹤的物體數(shù)量幾乎無(wú)限的可擴(kuò)展性
。同時(shí)，信號(hào)類型還可以根據(jù)所需的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整
，以適應(yīng)各種環(huán)境中的不同用例
。


蝙蝠可以喊叫或耳語(yǔ)

蝙蝠叫聲的音量會(huì)根據(jù)環(huán)境和獵物的不同而有很大差異
。例如，一些叫喊的蝙蝠發(fā)出的聲音達(dá)到與煙霧探測(cè)器相當(dāng)?shù)囊袅?div id="d48novz" class="flower left">
。大聲叫喊的?yōu)點(diǎn)是信號(hào)有更多的能量到達(dá)表面并反彈回蝙蝠，這意味著它可以“看到”更遠(yuǎn)的地方。然而
，當(dāng)您喊叫時(shí)
，其他人也更容易聽(tīng)到您的聲音。這導(dǎo)致了某些飛蛾物種的進(jìn)化
，使它們能夠感知蝙蝠何時(shí)主動(dòng)定位它們
，以便它們能夠快速機(jī)動(dòng)到安全地帶
。反過(guò)來(lái)，早于這些飛蛾的蝙蝠也學(xué)會(huì)了低語(yǔ)
。當(dāng)蝙蝠接近獵物時(shí)，它們會(huì)發(fā)出非常安靜的超聲波脈沖
，使飛蛾難以察覺(jué)它們的存在
。


同樣

，Quantum RTLS 產(chǎn)品線在每個(gè)超聲波設(shè)備上使用可調(diào)節(jié)的收聽(tīng)距離
，以適應(yīng)環(huán)境
，同時(shí)最 大限度地提高效率。在較小的范圍內(nèi)
，例如工作臺(tái)
，較短的收聽(tīng)距離意味著較少的多徑干擾。相比之下
，較長(zhǎng)的監(jiān)聽(tīng)距離可以在倉(cāng)庫(kù)或工廠中通過(guò)安裝在高天花板上的錨傳感器進(jìn)行精 確定位
。

Quantum RTLS超聲波雷達(dá)高精度定位-打造世界上最準(zhǔn)確的室內(nèi)定位系統(tǒng)3.jpg


利用超聲波實(shí)現(xiàn)超精 確定位

毫無(wú)疑問(wèn)
，蝙蝠需要精 確性來(lái)執(zhí)行生存所需的任務(wù)。蝙蝠吃掉的昆蟲數(shù)量驚人——有些物種單個(gè)個(gè)體每小時(shí)可吃掉多達(dá) 1000 只飛蟲
！在黑暗中以如此高的成功率捕獵微小獵物絕非易事
，只有超聲波定位固有的高精度才能實(shí)現(xiàn)
。但超聲波定位到底有多精 確呢？對(duì)于具有專門發(fā)聲適應(yīng)性和專用神經(jīng)電路優(yōu)勢(shì)的蝙蝠來(lái)說(shuō)
，檢測(cè)小于 0.1 毫米的范圍變化的能力已在多個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)中得到證明。


同樣

，ZeroKey 的量子 RTLS 技術(shù)可以以 1.5 毫米的精度對(duì)物體進(jìn)行 3D 定位
。與蝙蝠相比
，這似乎并不令人印象深刻。然而
，它仍然比市場(chǎng)上第二好的室內(nèi)定位技術(shù)準(zhǔn)確 100 倍以上
！

超聲波定位大眾化

我們的世界是模擬的

，大多數(shù)物理過(guò)程在數(shù)字領(lǐng)域中本質(zhì)上是不可見(jiàn)的。

就像蝙蝠利用超聲波回聲定位“在黑暗中看到東西”一樣

，量子 RTLS 通過(guò)以無(wú)與倫比的精度對(duì)物理過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化和數(shù)字孿生來(lái)照亮工業(yè)環(huán)境
。毫米級(jí)精 確定位可實(shí)現(xiàn)制造
、供應(yīng)鏈
、物流
、工人安全和醫(yī)療保健應(yīng)用中以人為本的復(fù)雜流程的實(shí)時(shí)數(shù)字化
。使用空間數(shù)據(jù)跟蹤人員、工具
、工單和設(shè)備的確切位置
，可以對(duì)流程進(jìn)行精 確建模和監(jiān)控
，例如裝配工單或?qū)α慵系穆菟ㄟM(jìn)行緊固和排序
。量子 RTLS 已商用
，易于部署且可擴(kuò)展
，讓超聲波精度的力量觸手可及。


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