今天我們講講什么是UWB室內(nèi)定位技術(shù)。UWB室內(nèi)定位技術(shù)是一種全新的、與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大差異的通信新技術(shù)。它不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，從而具有GHz量級的帶寬。

　　超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比，具有穿透力強(qiáng)、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點(diǎn)。因此，超寬帶技術(shù)可以應(yīng)用于室內(nèi)靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤與導(dǎo)航，且能提供十分精確的定位精度。

　　2002年4月，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)發(fā)布了民用UWB設(shè)備使用頻譜和功率的初步規(guī)定。規(guī)定中將相對帶寬大于0.2或在傳輸?shù)娜魏螘r刻帶寬大于500MHz的通信系統(tǒng)稱為UWB系統(tǒng)。FCC對UWB系統(tǒng)所使用的頻譜范圍規(guī)定為3.1-10.6GHz，發(fā)射機(jī)的有效各向同性發(fā)射功率不得高于-41.3dBm/MHz。

　　超寬帶無線電中的信息載體為脈沖無線電(IR，Impulse Radio)。脈沖無線電是指采用沖激脈沖(超短脈沖)作為信息載體的無線電技術(shù)。這種技術(shù)的特點(diǎn)是，通過對非常窄(往往小于1ns)的脈沖信號進(jìn)行調(diào)制，以獲得非常寬的帶寬來傳輸數(shù)據(jù)。

　　UWB室內(nèi)定位技術(shù)原理：

　　1、說道UWB定位原理必須先從UWB的測距原理說起

　　雙向飛行時間法(TW-TOF，two way-time of flight )每個模塊從啟動開始即會生成一條獨(dú)立的時間戳。模塊A的發(fā)射機(jī)在其時間戳上的Ta1發(fā)射請求性質(zhì)的脈沖信號，模塊B接收機(jī)在其時間戳上的Tb1接收到該信號。對信號加以一定的處理手段后，模塊B在Tb2時刻發(fā)射一個響應(yīng)性質(zhì)的信號，被模塊A在自己的時間戳Ta2時刻接收。由此可以計算出脈沖信號在兩個模塊之間的飛行時間，從而確定飛行距離。

　　2、再來接著更詳細(xì)的把測距原理說清楚

　　TOF測距方法屬于雙向測距技術(shù)，它主要利用信號在兩個異步收發(fā)機(jī)(Transceiver)之間往返的飛行時間來測量節(jié)點(diǎn)間的距離。因?yàn)樵谝暰嘁暰€環(huán)境下，基于TOF測距方法是隨距離呈線性關(guān)系，所以結(jié)果會更加精準(zhǔn)。

　　我們將發(fā)送端發(fā)出數(shù)據(jù)包和接收回應(yīng)的時間間隔記為TTOT，接收端收到數(shù)據(jù)包和發(fā)出回應(yīng)的時間間隔記為TTAT。那么數(shù)據(jù)包在空中的單向飛行時間TTOF可以計算為：

　　UWB定位技術(shù)原理

　　前面詳細(xì)介紹了UWB的測距原理，掌握了測距原理之后再來說定位原理就簡單了。其實(shí)UWB的定位原理和衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理很相似。如下圖1，天上的衛(wèi)星坐標(biāo)為已知，地上的接收設(shè)備同時接收到四個衛(wèi)星的信號就能確定自己的位置坐標(biāo)(平面和高程坐標(biāo))。UWB的定位原理就是通過在室內(nèi)布置4個已知坐標(biāo)的定位基站，需要定位的人員或者設(shè)備攜帶定位標(biāo)簽，標(biāo)簽按照一定的頻率發(fā)射脈沖，不斷和四個已知位置的基站進(jìn)行測距，通過一定的算法精確的計算出定位標(biāo)簽的位置。

　　UWB定位度和標(biāo)簽容量

　　1：定位精度

　　我們的UWB超寬帶與IMU相互校準(zhǔn)(10Hz) 有效減少多徑效應(yīng)帶來的衰減 ，加入 了機(jī)器學(xué)習(xí)算法 ，定位精度：實(shí)測99.73% 復(fù)雜環(huán)境靜態(tài)1厘米; 動態(tài)高達(dá)2厘米，一般10厘米 。

　　2：標(biāo)簽容量

　　每個UWB系統(tǒng)的定位標(biāo)簽反復(fù)發(fā)出脈沖數(shù)據(jù)包，這個數(shù)據(jù)包是由一串超寬頻脈沖組成的。由于這些標(biāo)簽是不同時發(fā)送和每個標(biāo)簽發(fā)送的時間極短,持續(xù)不斷的數(shù)據(jù)包碰撞概率是很小的，所以，在同一地區(qū)可以處理幾百個到幾千個定位標(biāo)簽。

　　UWB定位基站布置原則

　　一：精確的三維定位每隔50-100米步驟一個定位基站，使得任意時刻都有四個基站能接收到標(biāo)簽發(fā)出的脈沖。

　　二：一維定位就是測距應(yīng)用，適合用于隧道，礦井對定位精度不高場景，精度在0.3米左右。

　　三、通過使用UWB的測距功能，可以擴(kuò)展如下的一些應(yīng)用，測距精度在10厘米左右。