UWB定位技術(shù)是一種利用無線信號進行精確位置定位的技術(shù),它利用超寬帶無線電信號通過測量信號的到達時間、相位差和信號能量等參數(shù)來確定物體的精確位置。
UWB定位技術(shù)具有多種優(yōu)勢,首先,它具有較高的定位精度,可實現(xiàn)毫米級的精確定位。其次,UWB具有較高的抗干擾能力,能在多路徑傳播和多路徑干擾環(huán)境下保持較好的定位性能。此外,UWB技術(shù)還具有較好的穿透能力,可以穿透一些障礙物進行定位。
UWB定位系統(tǒng)由UWB基站,UWB標簽構(gòu)成
在UWB定位系統(tǒng)中,一個標簽通過與三個基站的信號交互進行三角測量,最多可以有30個標簽同時與這三個基站通信,實現(xiàn)對多個目標的高精度定位和跟蹤。
采用三點平面定位法,精確的定位計算:在UWB和AoA定位系統(tǒng)中,采用三點平面定位法,通過三個已知基站接收來自未知標簽的信號,精確測量信號到達的時間或角度從而實現(xiàn)高精度的定位。
UWB定位系統(tǒng)可以在UWB基站覆蓋區(qū)域范圍內(nèi),結(jié)合UWB標簽,配合UWB的TDOA算法及終端顯示設(shè)備,實現(xiàn)復(fù)雜的人員定位、監(jiān)測和追蹤任務(wù),實現(xiàn)對人員和物品的實時定位和監(jiān)控管理,定位精度達到10~30厘米。
藍牙AOA定位AOA(到達角、接收角)、AOD(出發(fā)角、發(fā)射角)使用了相同的底層,使用發(fā)射角(AoD),發(fā)射設(shè)備包含一個多天線陣列,通過設(shè)備發(fā)送特殊的測向信號,然后由另一個設(shè)備使用該信號來計算接收信號的方向。
UWB定位系統(tǒng)大致分為位置感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和定位應(yīng)用層,主要包括:定位引擎服務(wù)器、智能終端、交換機、UWB基站、UWB標簽、UWB模塊、軟件接口等。
UWB定位工作原理
每個定位標簽以UWB脈沖重復(fù)不間斷發(fā)送數(shù)據(jù)幀
定位標簽發(fā)送的UWB脈沖串被定位基站接收
每個定位基站利用高敏度的短脈沖偵測器測量每個定位標簽的數(shù)據(jù)幀到達接收器天線的時間
定位引擎參考標簽發(fā)送過來的校準數(shù)據(jù),確定標簽達到不同定位基站之間的時間差,并利用三點定位技術(shù)及優(yōu)化算法來計算標簽位置。
采用多基站定位多采用TDOA,TOA算法
AOA定位系統(tǒng)架構(gòu)分為四層,分別為對象層、采集層、處理層和展現(xiàn)層
對象層: 包括被定位的設(shè)備或物體,它們通過發(fā)送信號與系統(tǒng)進行交互。
采集層: 由接收設(shè)備(如基站)組成,負責(zé)接收來自對象層的信號,并測量信號的到達角度(AoA)。
處理層:包含定位引擎服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、業(yè)務(wù)服務(wù)器,服務(wù)器負責(zé)位置運算、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)審核等工作。
展現(xiàn)層: 系統(tǒng)定位數(shù)據(jù)的初始化、業(yè)務(wù)流程管理、用戶管理、數(shù)據(jù)查詢等均通過瀏覽器實現(xiàn)。
UWB定位技術(shù)和藍牙AOA有哪些不同?
UWB、藍牙,是一種通信技術(shù)于標準,各有其標準協(xié)議,兩者應(yīng)用頻段也不相同,UWB遵循IEEE 802.15.4-2020 Standard協(xié)議,藍牙發(fā)展至今已到5.2代標準。
AOA、AOD、TOF、TDOA等,皆為定位方法,AOA可配合藍牙應(yīng)用,也可配合UWB應(yīng)用,而藍牙,目前不會配套TOF,TDOA應(yīng)用,此點由硬件底層技術(shù)決定了。
AOA方法:簡化理解,就是通過測量標簽與基站的角度,進行換算得出兩者的距離,因而兩者的角度辨識度是關(guān)鍵。
TOF、TDOA方法,簡化理解,就是通過時間進行測量,什么時間呢,是標簽與基站之間的信號飛行時間,無線信號的飛行速度近似光速,所以測量精度要求會高。
UWB定位技術(shù)的實現(xiàn)步驟
獲得各節(jié)點間的距離
使用位置解算方法得到坐標初值
對坐標初值做濾波處理實現(xiàn)定位功能。
UWB技術(shù)在實際應(yīng)用中的特點
高速的數(shù)據(jù)信息傳遞:超寬帶信號的帶寬非常大,所以它傳遞數(shù)據(jù)信息時,信道容量也非常的大,超寬帶信號對于信號的傳遞速度大概500M,所以,由于超寬帶的此特性,它在信號的調(diào)制方面,也發(fā)揮著重要的作用。
能耗較低:UWB發(fā)送數(shù)據(jù)使用的脈沖是間歇性的,且持續(xù)時間極短,即它的耗電量是非常小的,最高通常也只有幾十毫安.
高安全性:由于UWB信號具有極寬的頻率帶寬,導(dǎo)致其能量在頻譜上高度分散,從而使信號難以被檢測和攔截,增強了通信的隱蔽性和安全性。
抗多徑能力強:通常無線通信信號,由于其在時域上通常具有連續(xù)性,所以通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率受到一定程度上的限制,而UWB信號是持續(xù)極端時間的窄脈沖信號,故多徑信號在時域上不是連續(xù)的,所以在多徑情況下,脈沖不會重疊,所以具有一定的抗多徑性能。
定位精度高:UWB定位能夠達到ns級別,再基于此,使用不同的測距算法后,這也使對于位置的估計精確至厘米級,且它對其他設(shè)備干擾小。
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