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全面了解UWB超宽带人员定位技术

发布时间 :

2019-07-12

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超宽带技术是一种全新的、可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航,且能提供十分精确的定位精度.与传统通信技术有极大差异的通信新技术.英文翻译(Ultra Wideband, UWB)技术,简称之UWB定位技术,历史可以追溯到上个世纪50年代。

超宽带系统与传统的窄带系统相比,具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点.它不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,从而具有GHz量级的带宽.目前,侧重点是精确定位功能,它被视为802.15.4的关键新增功能,并且是改善非视距性能的关键.必须强调的是,802.15.4a研究小组刚刚开始工作,依照IEEE标准流程,它需要先获得批准方可创建任务小组,然后才能开始对特定PHY技术进行评估.但UWB无疑将是个重要候选技术,因为它可轻松地提供精确定位能力,能适应需求不断发展变化。

对于UWB系统,位置可从一个设备至多个固定参考点的信号传输时间推算出来.定位估算的精度受限于交叉曲线的宽度,而曲线宽度又是信号抵达参考点的时间不确定性的函数.有多种机制可以用来提供此参数中小的不确定性。

采用极短脉冲的系统中,时间不确定性与脉冲的宽度成正比(1纳秒的脉冲约相当于1英尺不确定性,因为这是1纳秒内电磁辐射在自由空间中传播的距离).  

      

UWB定位技术原理

前面详细介绍了UWB的测距原理,掌握了测距原理之后再来说定位原理就简单了.

其实UWB的定位原理和卫星导航定位原理很相似.如下图1,天上的卫星坐标为已知,地上的接收设备同时接收到四个卫星的信号就能确定自己的位置坐标(平面和高程坐标).UWB的定位原理就是通过在室内布置4个已知坐标的定位基站,需要定位的人员或者设备携带定位标签,标签按照一定的频率发射脉冲,不断和四个已知位置的基站进行测距,通过一定的算法精确的计算出定位标签的位置。

在应用领域,我们高精度观察社长期和行业内的专家有密切的行业沟通,UWB首先瞄准的市场是更多的变化则体现在行业需求上,各行业都出现了室内人员定位(近场定位)的需求,这些需求并不仅仅停留在概念上,对定位技术公司提出了较大的需求和挑战,比如智慧购物、智慧旅游、智慧园区、智能终端、养老、防丢、甚至传统的工地、隧道、医院、监狱、消防都涌现出需求,这些领域的需求也愿意拿出资金尝试定位技术的应用.挑战则来自一些特殊的场景需求,如消防领域,相比之下,似乎更需要时间来见证对于定位方案和产品不断完善的解决方案供应商。

关于UWB的介绍已有很多文章,这里做一个归纳,并澄清几个易混淆的概念.UWB概念指以极窄脉冲方式进行无线发射和接收的特种技术.其特殊之处在于完全摆脱了一般无线收发中必须采用载波调制的传统手段,成为在时域中直接操作的无线技术。