室内定位技术之UWB篇

李肖遥 2021-09-22 22:11

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来源：网络素材

伴随通信行业的发展和物联网行业的兴起，室内定位技术因强大的定位能力，迎来了发展的黄金时期。并且对于定位精度高，抗干扰能力要求高的应用场合，UWB定位技术应运而生。

1.什么是UWB

UWB(Ultra Wide Band)超宽带技术，它是一种无载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，它所占的频谱范围较宽。

2.UWB的优势

传统的定位技术判断物体的位置是依靠信号的强弱来判断的，易受到外界干扰。定位的误差较大，精度不高，而UWB定位采用了宽带脉冲通讯技术，有很强的抗干扰能力，使得定位误差大大降低。它填补了高精度定位领域的空白，它的技术特点如图所示，精度可达厘米级。

3.UWB的定位过程

网络上将UWB的定位流程分成5个流程：

每个定位标签以UWB脉冲重复不间断发送数据帧；

发送的UWB脉冲串被定位基站接收;

每个定位基站利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器天线的时间;

定位引擎参考标签发送过来的校准数据，确定标签达到不同定位基站之间的时间差，并利用三点定位技术及优化算法来计算标签位置。

利用单基站定位一般采用 AOA((Angle of Arrival)算法，采用多基站定位多采用 TDOA(Time difference of Arrival)算法。

4.UWB室内定位的系统结构

5.UWB的主要设备和组件

标签为有源标签，可以做成不同的形态在被定位物体和人身上使用，具有很强的灵活性。基站接收和传输标签发出的UWB脉冲信号。每一个标签都有自己的“身份证”，通过“身份证”将定位的物体联系起来，定位基站通过标签找到实际定位的位置。标签传输信号所需时间短，因此能够满足更多的标签实时定位。

参数

参数值

定位精度

5-10cm

总刷新频率

1200Hz

单标签刷新频率

1/64Hz~100Hz

最大发射/接收距离

60m

功耗

<1mW

通讯频道

2.4GHz

传输速率

500Mbit/s

UWB定位基站

定位基站也叫定位传感器可以通过到达时间差（TDOA）测量技术，来确定标签的位置，并将数据传输至网络控制器及定位引擎软件，定位精度达到厘米级。

参数

参数值

网络接口

RJ45

天线接口

SMA接口

UWB频段

3.1~10.6GHz

系统控制信号频段

2.4GHz ISM频段

输入电压

DC 12V

保护机制

过载保护、过热保护、短路保护

功耗

10W

6.UWB技术特点

UWB室内定位具有以下几种特点：

系统容量大：带宽增加使信道容量的提高远远大于信号功率上升所带来的效应。

传输数据快：根据香农公式，即使把发送信号功率拉到很低，也能实现较高的信息速率。通常情况下，其最大数据传输速度可以达到几百兆比特每秒到吉比特每秒。

多径分辨能力强：因为其极高的工作频率和极低占空比，所以它的占空比很高。窄脉冲的多径信号在时间上不易重叠，很容易分离出多径分量，因此能充分利用发射信号的能量。

隐蔽性好：UWB的频谱较宽，能量密度较低，所以具有很高的安全性。另一方面，由于能量密度低，UWB设备对于其他设备的影响很低。

定位精确：UWB具有很高的定位精度，它采用超宽带无线电通信，可在室内和地下进行精确定位，精度最高可达2厘米，一般精度在15厘米内。

抗干扰能力强：UWB的占空比一般为0.01～0.001，具有比其他扩频系统高得多的处理增益，抗干扰能力强。一般来说，UWB抗干扰处理增益在50dB以上。

低功耗:UWB系统结构简单，设备成本低。UWB使用间歇的脉冲来发送数据，信号无需载波，脉冲持续时间一般在0.20～1.5ns之间很短，有很低的占空因数，因此功耗很低，一般UWB系统只需要50～70mW的电源，功耗是蓝牙技术的百分之十。

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