描述

UWB定位技术原理介绍

UWB定位算法：

目前无线定位技术是指，即定位算法目前最常用的用来判定移动用户位置的测量方法和计算方法主要有：时差定位技术、信号到达角度测量( AON)技术、到达时间定位(TOA)和到达时间差定位(TDON)等。其中，TDO1技术是目前最为流行的一种方案，除了用于CSM 系统，在其他诸如AMPS 和CDMA 系统中也广泛应用，UJWB 定位采用的也是这种技术。目前UWB 定位系统也可以提供3D 定位功能，此定位系统采用TDOA 和NOA 两种定位算法，已达到3D) 定位的效果

系统构成：

接下来以UJWB 精确定位系统为例介绍：

Ubisense UJWB 精确定位系统包含三个组成部分： 传感器sensor、有源定位标签tag 和定位平台iTocateTRM，在该系统中，定位标签tag利用uwb 脉冲信号发射出位置信息给传感器sensor，传感器接受到信号后采用TDOA 和OA 定位算法对标签位置进行分析，最终通过有线以太网传输到iTocate 服务器。iTocateT-MJWB 定位单元可以实现无缝蜂窝连接，将定位空间无限扩展，定位标签可以在各个单元自由行走，通过定位平台软件分析，将定位目标真实地以虚拟动态三维效果显示出来。该系统在传统的应用环境中稳定达到15cm 的3D 定位精度。

uwb定位技术的优劣势

优势：

(1)传输速率高

理论上，一个宽度趋于0的脉冲具有无限的带宽，因此，UWB即使把发送信号功率谱密度控制得很低，仍可实现高达100Mbit／s-500Mbit／s的传输速率。在民用方面，UWB脉冲宽度一般为纳秒级。如果一个脉冲代表一个数位，那么，理论上UWB可达1 Gbit／s的速率，这样在实际中实现100Mbit／s以上的速率是完全可能的。

(2)范围覆盖广

UWB属于中短距离范围内的通讯技术，非常适合构建室内环境的实时定位系统。根据最近的发展，目前的单个传感器定位单元的覆盖面积达到400平方米，传感器网络的信号发射节点跟信号接收节点之间的最大距离达到60米。可以实现多个定位单元(CelD)联合工作，按需扩大覆盖面积。

(3)实时性好

相对于其他定位技术，UWB定位一个很大的优势就是它具有较好的实时性。下面的表格给出了目前无线定位领域各种定位技术的实时响应频率。

(4)穿透力强

uwb信号具有非常强的穿透力。uwb信号能穿透树叶、土地、混凝土、水体等介质，因此军事上uwb雷达可用来探测地雷，民用上可以查找地下金属管道探测高速公路地基等。

(5)传输能力强

民用商品中，一般要求UWB3信号的传输范围为10m以内，再根据经过修改的信道容量公式，其传输速率可达500Mhit/s，是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术，uwb以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带，在军事应用中，可以利用巨大的扩频增益来实现远距离低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传

(6)发射功率小

uwb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0.20ms~l.5ns之间，有很低的占空因数，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uW~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左右军用的uwb电台耗电也很低因此，uwb设备在电池寿命和电磁辐射上，相对于传统无线设备有着很大的优越性。

劣势：

UWB通信也存在不足，主要问题是UWB系统占用的带宽很高，UWB系统可能会干扰现有其他无线通信系统，因此。UWB系统的频率许可问题一直在争论之中；另外，还有学者认为，尽管UWB系统发射的平均功率很低，但是，由于其脉冲持续时间很短，瞬时功率峰值可能会很大，这甚至会影响到民航等许多系统的正常工作。尽管如此，学术界的种种争论并不影响UWB的开发和应用。

uwb定位技术的应用场景

1、工业仓库

在工厂中，UWB定位系统可以帮助传统工厂实现数字化管理，可实时查看员工位置、在岗时间、离岗时间、移动轨迹，提高岗位巡查效率。通过后台对仓储货物位置的监管，可查看物品位置、所属仓库等数据，防止物资设备的丢失。

2、养老院

在养老院，通过给老人佩戴智能手环或胸牌，不仅能够实时查看老人位置，还能够通过设置电子围栏来圈定安全活动范围，一旦老人走出安全区域，系统就会及时预警，通知管理人员前往查看，避免老人走失。

因为护工人员不可能24小时陪在每一个老人身边，难免会有疏漏，所以可以将一键报警功能集成在手环或胸牌之中，一旦老人遇到危急情况，按下按钮就能够通知护工人员及时予以救助，避免危及老人生命健康安全。

3、司法监狱

监狱安全管理一直是备受关注的问题，通过UWB定位技术如何杜绝监狱犯人管理漏洞、降低监管执法风险呢？

在监狱，通过UWB定位系统，将定位标签集成至犯人定位腕带中，能够对服刑犯人进行实时监控。包括：实时掌握人员的实时位置、人数清点、犯人腕带防拆报警、电子围栏、聚众分析、行动轨迹跟踪、回放、摄像联动警报等，能够很大程度的降低监管执法的风险，防止意外事故的发生。

4、展厅

在会展、展厅内，UWB定位系统可实现智能化导览服务，一方面可以实时导引观众前往想去的展位，另外也可以对观众的位置数据进行精准统计，查看参展客户及工作人员在展厅内的观览轨迹、停留时间等，实现办展效果精准分析。让展方了解参展人员感兴趣产品，为后期提升展会质量工作提供明确方向。

5、隧道

在隧道施工现场，通过部署UWB定位系统，将定位标签集成至员工胸卡、安全帽等穿戴设备内，可以提供的集风险管控、人员管理、实时显示、应急救援等功能能够准确定位工人位置，保障工人施工安全、施工质量、施工进度。

6、机场

在机场内，UWB定位系统可以通过移动设备给旅客提供导航路径，旅客可轻松找到候机区域、登机口、行李领取处等等，避免错过航班。

对于机场管理方面：通过UWB定位分析不同区域旅客人员密度信息，能够加快测量排队进度，精简乘客流量、减少整个机场拥堵的发生。另外，可以针对登机口变更和起飞延迟情况发送实时通知，以及向附近乘客发送促销宣传信息等。

如果机场方在检查行李时，无法确定物品可疑性，可以在物品上贴上定位标签，利用室内定位技术进行跟踪，只要系统发现该物品进入了不该进入的区域，立刻报警。

uwb定位系统前景展望

前面分析可知uwb定位系统无论在定位精度、传输能力穿透力实时性等方面与其他的无线定位技术相比都有明显优势，能够满足未来无线定位的要求可以预见uwb技术将来一定会在无线定位领域得到广泛应用。但目前超宽带技术正处于发展初级阶段，精确定位技术的商业化正在进行之中，定位算法还有待改进，相关芯片还很少，市场推动力不足等因素，阻碍着uwb定位技术的推广和应用。

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