武大发布“听声辨位”中国芯
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陈锐志教授发布Kepler A100芯片
成本低但定位精度高 在室内也能精准导航
武大发布“听声辨位”中国芯
□楚天都市报极目新闻记者 柯称 通讯员 吴江龙 实习生 刘清清
手机导航一进隧道就不准了？在商场地下停车场找不到自己的车……这些问题，已经有人帮你解决了——武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室主任陈锐志教授，带领团队历时5年研发的音频室内定位技术正式投入商用，并发布了全球首款基于RISC-V高精度音频室内定位芯片。在日前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，武汉大学师生团队正是凭借这一成果，斩获高教主赛道金奖。
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让手机帮你“听声辨位”
随着北斗导航系统广泛投用，我国的室外导航技术愈发成熟，但卫星导航存在室内空间不可用不可达、室内定位精度低的“先天缺陷”。陈锐志团队承接的国家十三五重点研发计划项目，瞄准这一难题，以期达到室内外高精度导航无缝衔接的目标。陈锐志提出的解决方案，是音频室内定位。
音频怎样定位？陈锐志举了一个通俗易懂的例子：在自然界，雷声与闪电同步发生，但是人们听到雷声与看到闪电存在时间差，利用这一现象就能判断雷电的远近。
陈锐志团队自主研发的音频定位成套方案中，需要给室内空间的多个点位安装基站(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”，手机接收两种信号后，就能分析出距离某个基站的距离，再根据多个不同基站的距离，就能准确定位。普通手机的定位精度，最高能达到0.42米。
“现在人人都有手机，所以我们的方案首先针对手机来研发。”陈锐志介绍，该方案可以让普通用户不用额外投资，就能享受便利，“不仅是手机，还有智能手表、智能家居等，只要是有麦克风的设备，不用任何改装，就能听到我们的‘广播’，确定你目前的位置。”
那么，一直“广播”不会扰民吗？陈锐志笑道，基站发送的音频波段手机可以听到，但人耳听不到，人们不会感觉到它的存在。
五年突破“卡脖子”难题
经过陈锐志的一番解释，音频室内定位好像很简单。可实际操作起来，它非常困难。
“每一步的推进都很难。”陈锐志教授回国任教后带的首届研究生郭光毅说。五年来，他跟随陈锐志全程参与了该项目的研究，目前在实验室做博士后工作。
郭光毅介绍，第一个大难题就是要寻找合适的音频波段，既不扰民，又不受别的声音信号干扰，还能广泛覆盖。当时测算，可用资源仅有6K。为寻找合适的环境友好型频段，团队用了近一年时间，最终将频段确定为16kHz-23kHz。
“我们就像是手捧一把米，却要做出丰盛的饭菜，让大家能吃、够吃。”陈锐志如此形容攻克窄带漫游技术的困难程度。
另一个难题是，声音在环境中会被玻璃、墙壁等障碍物反射，如何智能识别反射信号与直达信号，是决定定位精度的关键。团队成员也是经历了好几个月，才攻克这一难题。
“解决一个个问题，靠的往往是集思广益。我们常常就一个难点吵得不可开交，最后只好搬出陈老师来当裁判。”郭光毅笑道。陈锐志的办公室专门放了一张长桌，墙上装着电子白板，就是为了方便团队成员交流讨论。
小芯片蕴藏数百亿市场
音频定位成套方案逐渐成熟后，陈锐志团队将目光从消费级(手机适用)转向专业级(非手机设备)。
“室内定位的作用，不仅仅在于普通市民可以室内导航，更是实现物联网的关键技术。比如，帮智能机器人省掉许多昂贵的定位传感器，让自动驾驶汽车可以不在隧道、停车场里失去向导，帮助智能工厂更方便快捷地调配物资等。”陈锐志说。要实现这些功能，就必须有手机之外的设备。
于是，2020年10月，陈锐志团队成立了研究成果孵化企业——知路导航研究院。不到一年时间，公司就推出了高精度音频室内定位芯片Kepler A100。
跟美国UWB专业级、Wi-Fi(RTT)消费级等各类定位技术相比，Kepler A100芯片系统复杂度低，建设与维护成本低。使用该芯片及其系列产品，用户可开发或集成专用设备，可用于火车站、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、工业生产、应急管理等重要领域。
目前，在南京南站、广州白云机场和德清会展中心，这款芯片已经投入使用，反响良好。在南京南站55万平方米的超大室内场所，Kelper A100能够为公安民警提供实时位置服务，达到支撑警勤调配、联防联控的作用；在德清会展中心，该芯片可为场馆方、参展方、游客提供一体化位置服务。
陈锐志团队测算，截至2021年，国内不同行业场景的高精度室内定位市场需求超过1000亿元，而且增长迅速。未来5年，基于Kepler A100的音频定位技术，有望占据四分之一的市场份额。
人物简介
陈锐志，1963年11月生，博士、教授、博导，芬兰科学与人文院院士，现任武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室主任。导航定位领域国际著名学者，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与核心技术开发，推动我国北斗导航系统服务从室外拓展到室内，从地面提升到低轨空间。
