一.界定UWB。
UWB，即UltraWide-Band，超寬帶技術(shù)。這一技術(shù)起源于60年代興起的脈沖通信技術(shù)。UWB與傳統通信技術(shù)不同，UWB是以納秒或微秒級以下的極窄脈沖進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳輸的方式，它占據了寬廣的頻譜，且具有較高的時(shí)間分辨率。
UWB具有3.1~10.6GHz和系統10dB帶寬的比值，按照美國聯(lián)邦通訊委員會(huì )的標準，UWB的工作頻帶范圍超過(guò)20%，或者至少有500MHz的系統帶寬。UWB信號的產(chǎn)生可以通過(guò)極短(例如2ns)的窄脈沖(如二次高斯脈沖)以微分或混頻等上變頻方式調制到UWB工作頻段實(shí)現。
二.UWB定位。
如何將UWB定位到這個(gè)位置，就需要有個(gè)被稱(chēng)為T(mén)OF(TimeOfFlight)的翻譯，即光飛的時(shí)間。
超寬帶測距原則。
先定義重新定位所需的內容，眾所周知，GPS定位時(shí)需要三顆衛星來(lái)完成移動(dòng)設備的定位，UWB的定位與此相同，必須固定三塊UWB板卡，我們稱(chēng)之為“Anchor”，然后將其稱(chēng)為“移動(dòng)UWB板卡”，并將其移動(dòng)狀態(tài)下的UWB板卡稱(chēng)為T(mén)ag。
在A(yíng)nchor和Tag之間，光的飛行時(shí)間就能被測量出來(lái)，給出一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，Anchor到Tag的距離，使用Tag可以直接發(fā)送包含時(shí)間戳的包，Anchor在收到包后，如果Anchor和Tag已經(jīng)進(jìn)行了時(shí)間同步，Anchor根據本地時(shí)間和Tag發(fā)送時(shí)間包的時(shí)間戳來(lái)區分，從而判斷出光飛了多久，從而計算出距離，自然地，這將產(chǎn)生巨大的干擾，導致無(wú)法進(jìn)行測出，因此Decawave的工程師使用另一種方法：Decawave測量TOF的TOF通過(guò)二次握手來(lái)測量TOF時(shí)間。
TOF測距方法屬于雙向測距技術(shù)，主要是利用信號在兩臺異步接收機(Transceiver)之間的飛行時(shí)間來(lái)測量節點(diǎn)之間的距離。由于在視距視線(xiàn)環(huán)境中，基于TOF的測距方法與距離呈線(xiàn)性關(guān)系，因此計算結果更準確。在發(fā)送端接收到的數據包和接收響應的時(shí)間之間的值為T(mén)TOT，接收端接收信息包并記錄響應的時(shí)間間隔為T(mén)TAT，則分組在空中單程飛行的時(shí)間TTOF可以計算為：TTOF=(TTOT-TTAT)/2。
再由TTOF和電磁波傳播速度的成績(jì)，計算出兩點(diǎn)之間的距離D=CxTTOF。
一種TOF測距方法及兩個(gè)側約束
1.傳送裝置和接收裝置必須是同步的；
2.接收裝置傳送信號所需的時(shí)間。
TOF測距方法采用始終偏移量拉法解決時(shí)間同步問(wèn)題，單因TOF測距方法的時(shí)差多點(diǎn)，側距精度易受到兩端節點(diǎn)中總偏移的影響。為減小這種誤差的影響，在本文中采用了逆向測量法，即遠程節點(diǎn)發(fā)送數據包，本地節點(diǎn)接收數據包，并自動(dòng)響應。為了減小測距誤差，采用平均正、反向多次測量的平均值，減小了對任何總偏移的影響。
超寬帶室內定位原理。
了解UWB測距原理后，對UWB室內定位原理有了更深入的了解。UWB的室內定位功能與衛星原理非常類(lèi)似，即在室內設置4個(gè)已知坐標的定位基站，需要定位人員攜帶定位標簽，標記點(diǎn)按一定頻率發(fā)脈沖，不間斷地與4個(gè)已知位置的基站進(jìn)行測距，并用某種精確算法確定標簽的位置！
以下是EHIGH恒高室內定位系統的例子：
UWB室內定位系統是以UWB定位技術(shù)為基礎，通過(guò)對上位機、移動(dòng)端接入的室內定位系統，主要應用于隧道.監獄.化工.工廠(chǎng).煤礦.電廠(chǎng).電廠(chǎng).電廠(chǎng)...
UWB定位系統由應用層、服務(wù)層、傳送層和感知層(定位基站和定位標簽)組成，而傳輸層主要的干式網(wǎng)通訊方式為有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)。這個(gè)系統體系結構顯示在下面：
知覺(jué)層：主要包括基臺定位和標簽定位?；_和標簽是定位系統的核心設備，標簽將按時(shí)隙廣播攜帶帶有自己ID號的無(wú)線(xiàn)電信號，定位基站收到標簽發(fā)送的信號后，通過(guò)主干網(wǎng)絡(luò )向服務(wù)層發(fā)送接收信號的時(shí)間戳和標簽ID卡號，完成標簽卡的定位，基站還能收到應用層發(fā)出的指令，完成相關(guān)設置。
傳送層：又稱(chēng)骨干通信網(wǎng)絡(luò )(即“主干網(wǎng)”)，是基站和業(yè)務(wù)層.應用層之間的數據傳輸通道，將應用層相關(guān)指令向下傳送，在系統中將原始數據(標簽到基站之間的距離)發(fā)送到業(yè)務(wù)層，并用光纖傳輸數據。
服務(wù)層：采用TDOA算法和TOA算法進(jìn)行定位，頂層根據每個(gè)基站的位置和標簽距離，用TDOA算法或TOA算法求解標簽坐標。此外，業(yè)務(wù)層提供靈活的設備管理和網(wǎng)絡(luò )管理功能，以及各種前臺和應用界面。
應用層：通過(guò)服務(wù)層獲取定位標簽的具體位置，以.2D或3D圖的形式實(shí)時(shí)顯示標簽的位置，并提供軌跡回放、人員信息管理、呼叫求救等功能。
另外，應用層還提供了websocket接口和http接口，通過(guò)websocket接口可以獲得標簽卡的實(shí)時(shí)位置數據，通過(guò)http接口可以獲得系統相關(guān)數據，從而便于進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)與集成。
UWB定位系統硬件支持：
在UWB定位系統中，定位標簽是UWB定位系統的硬件組成部分。
將定位基臺分布在場(chǎng)景區域的幾何邊緣上，對場(chǎng)景區域進(jìn)行信號覆蓋。內部定位基站主要功能是檢測標簽的數據信息，并上載到服務(wù)器進(jìn)行匯總分析。
將標簽貼在定位物體表面，當標簽進(jìn)入基站信號覆蓋范圍內時(shí)，將自動(dòng)與基站建立聯(lián)系。根據應用需要，可以制定不同的附圖方案，例如掛式、粘貼式等形式，其大小、形狀隨所放物體的不同而變化。
超寬帶定位系統優(yōu)點(diǎn)：
1.高精度：在室內定位領(lǐng)域，能做到厘米級高精度定位的技術(shù)不屬于UWB定位。UWB采用TDOA(到達時(shí)間)算法，測量電磁波從發(fā)送端到達接收端所需的時(shí)間，多個(gè)接收端在室內同時(shí)接收到發(fā)送端發(fā)送的電磁波信號；通過(guò)電磁波的傳播速度即精確計算出發(fā)射端在室內的位置，最大可以達到10cm的定位精度，基本滿(mǎn)足絕大多數室內定位場(chǎng)景對高精度定位的需求！
2.擴展性：EHIGH恒高UWB定位系統不僅具有定位功能，還可以在定位的基礎上，對歷史軌跡回放、人員考勤、電子柵欄、行為分析、智能巡檢等綜合定位功能進(jìn)行擴展。通過(guò)這些位置數據提供的服務(wù)功能，幫助管理者對企業(yè)進(jìn)行安全管理，可以有效地減少安全事故的發(fā)生。
3.低功率：UWB無(wú)線(xiàn)通信系統接收機無(wú)本振.功放.鎖相環(huán)(PLL).壓控振蕩器(VCO).混頻器等，因此結構簡(jiǎn)單，設備成本較低。UWB信號不需載波，而是采用間歇脈沖進(jìn)行數據傳輸，其脈沖寬度非常短，一般在0.20~1.5ns之間，具有較小的空因數，因此對電源功率要求較低。普通UWB定位系統只需要50~70mW的電源，是藍牙技術(shù)的十分之一。
摘要：UWB定位系統的主要技術(shù)特征是低功耗.對信道衰落(如多徑、非視距等信道)不敏感.抗干擾能力強.對同一環(huán)境中的其它設備不會(huì )產(chǎn)生干擾.高滲透性(可在一堵磚墻的環(huán)境中定位)定位精度和定位精度都很高。
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