随着物联网科技的日益发展和成熟,各行各业对于资产、物料、人员等室内定位的要求也日益增加。UWB定位系统利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据并实现定位,其定位精度是其他定位技术中远远不能比拟的。
EHIGH恒高室内定位系统已成功将UWB定位技术和物联网的相结合,定位精度可高达10cm,实现了UWB定位系统在工业4.0、石油化工、电力能源、公安司法等领域的应用。
一、UWB定位系统定位方式
1、TOF技术
飞行时间法(Time of flight,TOF)是一种双向测距技术,它通过测量UWB信号在基站与标签之间往返的飞行时间来计算距离。其基本原理是基站连续发射UWB信号到被观测物体(标签)上,标签接收到信号后,发送UWB信号给基站。通过测量UWB信号飞行(往返)时间来得到目标物距离。
2、TDOA技术
TDOA定位即双曲线定位,二维定位中需要使用4个定位基站。通过测量标签到每两个基站之间的距离差,距离差等于常量即可绘制出双曲线,而曲线交点即可确定标签坐标。该方法实现过程中,标签只需要广播一次UWB信号即可,因此有利于标签的功耗及标签并发数量。
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二、UWB定位系统的优势
1)10cm高精度
EHIGH恒高UWB定位系统采用了宽带窄脉冲通讯技术(时间分辨率极高,使定位误差减小)、多源数据融合(有效提升定位系统的抗干扰能力)以及时间序列信号处理技术(在强多径复杂环境中,提取出首达路径信号),因此可以实现对定位目标的精准定位。
2)无线同步
EHIGH恒高UWB定位系统采用无线同步技术。各个基站通过不断与其他基站交换本队时钟信息,最终达到并且保持全局时间协调一致。也就是说基站之间每隔一段时间进行UWB信号交互,告诉其他基站自己现在处于什么时间,然后各自调整自身时间与其他基站保持一致。
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无线同步方法依赖于UWB的测量时间精度,时间精度越高,两个基站之间的时间误差越小,那么它们的时间同步程度越高。无线同步方式的优势在于基站与基站之间不需要有线连接,因此部署难度较低,成本也低。
3)工作时间短、设备功耗低
UWB定位系统使用间歇的脉冲来发送数据,脉冲持续时间很短,一般在0.20ns~1.5ns之间,有很空的占空因数,系统耗电可以做到很低,在高速通信时系统的耗电量仅为几百μW~几十mW。民用的UWB设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/100左右,是蓝牙设备所需功率的1/20左右。因此,UWB设备的电池寿命,相对于传统无线设备有着很大的优越性。
4)对其他设备干扰小
由于UWB脉冲极窄、频带极宽,其带宽相当于1000个电视频道或3万个FM广播频道,因此单位频宽内的功率密度相当低。美国FCC对UWB的发射功率做了严格限制,其功率密度甚至低于一般的噪声水平(比如,低于一部笔记本电脑的辐射)。因此,UWB对其他设备的影响微乎其微。
5)1S内可同时工作的标签多,容量高
UWB定位系统使用的带宽在1GHz以上,甚至可高达几个GHz,那么每发送一个UWB信号的持续时间就非常短了。通俗一点,我们可以将信号通信看作不同宽度车辆行驶,如自行车(UWB信号)、汽车(窄带信号),马路宽度一定(时间资源),车辆越窄,马路上容纳的车辆就越多,如只有自行车在马路上行驶和只有汽车在马路上行驶时,自行车的容量会大大多于汽车。因此,UWB定位系统容量大,可同时容纳成百上千个定位标签同时工作。
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