如何实现室内精准定位?——UWB定位

你肯定知道Wi-Fi，蓝牙和5G，但是现在，又有一个全新的无线通信术语来了，Apple日前宣布iPhone 11和iPhone 11Pro中加入了超宽带技术（UWB），那么什么是超宽带技术呢？它的作用是什么呢？

除了全球定位系统(GPS)在导航和室外环境的应用定位以外，人们对室内定位（UWB定位）、短距离定位等应用不甚了解。随着各式各样的建筑的建立人们在室内的时间是室外的4倍，室内定位的需求也越来越大。

未来无线定位技术的趋势是室内定位与室外定位相结合，实现无缝的、精确的定位。现有的网络技术还不能完全满足这个要求，而UWB技术由于功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、定位精度极高等优点，在众多无线定位技术中脱颖而出。

UWB技术原理：                      

        超宽带（Ultra Wide-Band，UWB）是一种新型的无线通信技术，根据美国联邦通信委员会的规范，UWB的工作频带为3.1~10.6GHz，系统-10dB带宽与系统中心频率之比大于20%或系统带宽至少为500MHz。UWB信号的发生可通过发射时间极短（如2ns）的窄脉冲（如二次高斯脉冲）通过微分或混频等上变频方式调制到UWB工作频段实现。

        超宽带的主要优势有，低功耗、对信道衰落（如多径、非视距等信道）不敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强（能在穿透一堵砖墙的环境进行定位），具有很高的定位准确度和定位精度。

UWB-TDOA定位原理：              

        该技术采用TDOA（到达时间差原理），利用UWB技术测得定位标签相对于两个不同定位基站之间无线电信号传播的时间差，从而得出定位标签相对于四组定位基站（假设1#、2#为第一组，2#、3#为第二组，3#、4#为第三组，4#、1#为第四组）的距离差：

        式中di,12~di,14为UWB技术测得的定位卡相对于四组定位基站的距离差。

   基本原理如下图所示：

TDOA定位原理示意图

通过联解下式方程即可解算出定位卡的三维坐标：

        使用TDOA技术不需要定位标签与定位基站之间进行往复通信，只需要定位标签只发射或只接收UWB信号，故能做到更高的定位动态和定位容量。

UWB定位应用可以为哪些行业带来改变

        高精度定位安全管理系统由硬件定位设备、定位引擎和应用软件构成。系统采用UWB定位技术，定位精度优于30cm，单区域支持多于1000张/秒的定位标签，精度高，容量大。

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。

工厂仓库定位

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。

养老院定位

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。

司法监狱定位

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。

展厅

免责声明：本文图片来源网络，如涉及作品版权问题，请与我联系删除。

1

-END-

往期回顾

重磅福利

笔者在2017年，也研究过一段时间的UWB，虽然那时市场还没有太大的需求，但眼观敏锐的我早已盯上了这个市场，并召集了一些小伙伴开发过整套定位系统。后来因为市场不温不热，项目也搁置暂停了，但手上仍有技术积累，经协商同意将这部分资料开源出来，供大家学习开发使用。

资料获取方式：

关注微信公众号“小熊派开源社区”，后台回复“UWB”，获取全套UWB资料。