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1、UWB室內(nèi)定位技術(shù)1引言本文探討室內(nèi)定位技術(shù)中的一種:UWB室內(nèi)定位技術(shù),并在定位技術(shù)系列最后對(duì)各種定位技術(shù)進(jìn)行總結(jié),敬請(qǐng)關(guān)注微信公眾號(hào)”智物客”后續(xù)文章。2概述UWB(UltraWideBand)即超寬帶技術(shù)，它是一種無(wú)載波通信技術(shù)，利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù),因此其所占的頻譜范圍很寬。傳統(tǒng)的定位技術(shù)是根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)判別物體位置，信號(hào)強(qiáng)弱受外界影響較大,因此定位出的物體位置與實(shí)際位置的誤差也較大,定位精度不高,而UWB定位采用了寬帶脈沖通訊技術(shù)，具備極強(qiáng)的抗干擾能力，使定位誤差減小。UWB定位技術(shù)的出現(xiàn)填補(bǔ)了高精度定位領(lǐng)域的空白，它具有對(duì)信道衰落不敏感、
2、發(fā)射信號(hào)功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供厘米級(jí)的定位精度等優(yōu)點(diǎn)。3UWB室內(nèi)定位流程(1)每個(gè)走位標(biāo)簽以UWB脈沖重復(fù)不間斷發(fā)送數(shù)據(jù)幀；(2)定位標(biāo)簽發(fā)送的UWB脈沖串被定位基站接收；(3)每個(gè)定位基站利用高敏度的短脈沖偵測(cè)器測(cè)量每個(gè)定位標(biāo)簽的數(shù)據(jù)幀到達(dá)接收器天線的時(shí)間；(4)定位引擎參考標(biāo)簽發(fā)送過(guò)來(lái)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，確定標(biāo)簽達(dá)到不同定位基站之間的時(shí)間差，并利用三點(diǎn)定位技術(shù)及優(yōu)化算法來(lái)計(jì)算標(biāo)簽位置。(5)利用單基站定位一般采用AOA((AngleofArrival)算法，采用多基站定位多采用TDOA(TimedifferenceofArrival)算法。4
3、UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)架構(gòu)及功能4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖工作臺(tái)MlM位眼務(wù)證數(shù)據(jù)庫(kù)眼務(wù)器應(yīng)用位壬眼務(wù)器/礙眼勢(shì)簽m:Y或多個(gè)眼務(wù)關(guān)局域網(wǎng)UWB瓠標(biāo)簽UWB走位墓站有莪以太網(wǎng)或WiFiUWB址標(biāo)簽4.2主要設(shè)備及組件4.2.1UWB定位標(biāo)簽定位標(biāo)簽為有源標(biāo)簽，能做成不同的形態(tài)固定在物體、車輛或佩戴在人員身上使用，在不同應(yīng)用環(huán)境下?lián)碛卸嘧冃浴Ｋ亩ㄎ痪茸罡呖蛇_(dá)到5-10cm,標(biāo)簽發(fā)出的UWB脈沖信號(hào)，通過(guò)定位基站（定位傳感器）接收和傳輸。每一個(gè)標(biāo)簽都有唯一的ID號(hào)，可通過(guò)這個(gè)ID號(hào)將定位的物體聯(lián)系起來(lái)，使定位基站（定位傳感器）通過(guò)標(biāo)簽找到實(shí)際定位的位置。標(biāo)簽傳輸信號(hào)持續(xù)時(shí)間很短
4、，能夠允許成百上千的標(biāo)簽同時(shí)定位。提供一個(gè)參考技術(shù)參數(shù):參數(shù)項(xiàng)參數(shù)值定位精度5-10cm系統(tǒng)總刷新率1200Hz單一標(biāo)簽刷新率l/64Hz-100Hz射頻發(fā)射3.1GHz-10.6GHz（分頻段）射頻接收信令信道ISM穿墻能力玻璃、木質(zhì)墻體可穿透一堵墻,鋼筋混凝土墻體不能穿透電池供電可充電500mAh鋰電池耗電指標(biāo)按1Hz刷新率計(jì)算約使用1個(gè)月4.2.2UWB定位基站定位基站（定位傳感器）可以通過(guò)到達(dá)時(shí)間差（TDOA）測(cè)量技術(shù)，來(lái)確定標(biāo)簽的位置，并將數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)控制器及定位引擎軟件,定位精度達(dá)到厘米級(jí)。參考技術(shù)參數(shù)如下：參數(shù)項(xiàng)參數(shù)值天線接口SMA網(wǎng)絡(luò)接口RJ45
5、UWB頻段3.1-10.6GHZ（分頻段）系統(tǒng)控制信號(hào)2.4GHzISM輸入電壓DC12V安全機(jī)制過(guò)熱、過(guò)載和短路保護(hù)功率消耗10W4.2.4定位引擎定位弓摩位于部署于定位0艮務(wù)器中,是定位算法實(shí)現(xiàn)的地方,并提供API與上層應(yīng)用軟件調(diào)用。4.2.5上層應(yīng)用軟件上層應(yīng)用軟件主要體現(xiàn)為系統(tǒng)功能。UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)基本功能可包括：人員分布顯示：佩戴定位標(biāo)簽的人員分布情況。人員移動(dòng)軌跡:通過(guò)電子地圖實(shí)時(shí)顯示一個(gè)或多個(gè)人員移動(dòng)軌跡。跟蹤指定人員：地圖隨著標(biāo)簽的移動(dòng)自動(dòng)切換，將鼠標(biāo)移到標(biāo)簽上可以看到標(biāo)簽的當(dāng)前狀態(tài)。電子圍欄：通過(guò)平面電子地圖上不同顏色和形狀顯示人員的報(bào)警位置狀
6、態(tài)。5UWB技術(shù)特點(diǎn)UWB技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)定位，具有以下特點(diǎn)：(1)系統(tǒng)容量大香農(nóng)公式給出C=Blog2(l+S/N)可以看出,帶寬增加使信道容量的提高遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)功率上升所帶來(lái)的效應(yīng),這一點(diǎn)也正是提出超寬帶技術(shù)的理論機(jī)理。超寬帶無(wú)線電系統(tǒng)用戶數(shù)量大大高于3G系統(tǒng)。(2)數(shù)閽專輸速度快UWB系統(tǒng)使用上吉赫茲的超寬頻帶，根據(jù)香農(nóng)信道容量公式，即使把發(fā)送信號(hào)功率密度控制得很低，也可以實(shí)現(xiàn)高的信息速率。一^情況下,其最大數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到幾百兆比特每秒到吉比特每秒。(3)多徑分辨能力強(qiáng)UWB由于其極高的工作頻率和極低的占空比而具有很高的分辨率，窄脈沖的多徑信號(hào)在時(shí)間上不
7、易重疊,很容易分離出多徑分量，所以能充分利用發(fā)射信號(hào)的能量。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)常規(guī)無(wú)線電信號(hào)多徑衰落深達(dá)10~30dB的多徑環(huán)境,UWB信號(hào)的衰落最多不到5dB。(4)隱蔽性好因?yàn)閁WB的頻譜非常寬，能量密度非常低，因此信息傳輸安全性高。另一方面，由于能量密度低，UWB設(shè)備對(duì)于其他設(shè)備的干擾刪常低。(5)定位精確沖激脈沖具有很高的定位精度，采用超寬帶無(wú)線電通信，可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位，精度最高可達(dá)2厘米，7殳精度在15厘米內(nèi)。而GPS定位系統(tǒng)只能工作在GPS定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)。與GPS提供絕對(duì)地理彳立置不同，超短脈沖定位器可以給出相對(duì)彳立置，其定位精度可達(dá)厘米級(jí)
8、。(6)抗
