如何實現室內精準定位?——UWB定位

你肯定知道Wi-Fi,藍牙和5G,但是現在,又有一個全新的無線通信術語來了,Apple日前宣佈iPhone 11和iPhone 11Pro中加入了超寬帶技術(UWB),那麼什麼是超寬帶技術呢?它的作用是什麼呢?

除了全球定位系統(GPS)在導航和室外環境的應用定位以外,人們對室內定位(UWB定位)、短距離定位等應用不甚瞭解。隨着各式各樣的建築的建立人們在室內的時間是室外的4倍,室內定位的需求也越來越大。

未來無線定位技術的趨勢是室內定位與室外定位相結合,實現無縫的、精確的定位。現有的網絡技術還不能完全滿足這個要求,而UWB技術由於功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統複雜度低、定位精度極高等優點,在衆多無線定位技術中脫穎而出。

UWB技術原理:

超寬帶(Ultra Wide-Band,UWB)是一種新型的無線通信技術,根據美國聯邦通信委員會的規範,UWB的工作頻帶爲3.1~10.6GHz,系統-10dB帶寬與系統中心頻率之比大於20%或系統帶寬至少爲500MHz。UWB信號的發生可通過發射時間極短(如2ns)的窄脈衝(如二次高斯脈衝)通過微分或混頻等上變頻方式調製到UWB工作頻段實現。

超寬帶的主要優勢有,低功耗、對信道衰落(如多徑、非視距等信道)不敏感、抗干擾能力強、不會對同一環境下的其他設備產生干擾、穿透性較強(能在穿透一堵磚牆的環境進行定位),具有很高的定位準確度和定位精度。

UWB-TDOA定位原理:

該技術採用TDOA(到達時間差原理),利用UWB技術測得定位標籤相對於兩個不同定位基站之間無線電信號傳播的時間差,從而得出定位標籤相對於四組定位基站(假設1#、2#爲第一組,2#、3#爲第二組,3#、4#爲第三組,4#、1#爲第四組)的距離差:

式中di,12~di,14爲UWB技術測得的定位卡相對於四組定位基站的距離差。

基本原理如下圖所示:
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通過聯解下式方程即可解算出定位卡的三維座標:

使用TDOA技術不需要定位標籤與定位基站之間進行往復通信,只需要定位標籤只發射或只接收UWB信號,故能做到更高的定位動態和定位容量。

UWB定位應用可以爲哪些行業帶來改變

高精度定位安全管理系統由硬件定位設備、定位引擎和應用軟件構成。系統採用UWB定位技術,定位精度優於30cm,單區域支持多於1000張/秒的定位標籤,精度高,容量大。

工業倉庫:

在工廠中,UWB定位系統可以幫助傳統工廠實現數字化管理,可實時查看員工位置、在崗時間、離崗時間、移動軌跡,提高崗位巡查效率。通過後臺對倉儲貨物位置的監管,可查看物品位置、所屬倉庫等數據,防止物資設備的丟失。
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養老院:

在養老院,通過給老人佩戴智能手環或胸牌,不僅能夠實時查看老人位置,還能夠通過設置電子圍欄來圈定安全活動範圍,一旦老人走出安全區域,系統就會及時預警,通知管理人員前往查看,避免老人走失。

因爲護工人員不可能24小時陪在每一個老人身邊,難免會有疏漏,所以可以將一鍵報警功能集成在手環或胸牌之中,一旦老人遇到危急情況,按下按鈕就能夠通知護工人員及時予以救助,避免危及老人生命健康安全。
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司法監獄:

監獄安全管理一直是備受關注的問題,通過UWB定位技術如何杜絕監獄犯人管理漏洞、降低監管執法風險呢?

在監獄,通過UWB定位系統,將定位標籤集成至犯人定位腕帶中,能夠對服刑犯人進行實時監控。

包括:實時掌握人員的實時位置、人數清點、犯人腕帶防拆報警、電子圍欄、聚衆分析、行動軌跡跟蹤、 回放、攝像聯動警報等,能夠很大程度的降低監管執法的風險,防止意外事故的發生。
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展廳:

在會展、展廳內,UWB定位系統可實現智能化導覽服務,一方面可以實時導引觀衆前往想去的展位,另外也可以對觀衆的位置數據進行精準統計,查看參展客戶及工作人員在展廳內的觀覽軌跡、停留時間等,實現辦展效果精準分析。讓展方瞭解參展人員感興趣產品,爲後期提升展會質量工作提供明確方向。
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