室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展速度已經(jīng)足夠驚人，但市場需求持續(xù)上漲，帶來許多挑戰(zhàn)與機(jī)遇，基于UWB技術(shù)的室內(nèi)定位方法高效準(zhǔn)確，下面簡要介紹下。

  1.UWB室內(nèi)定位概述

  UWB室內(nèi)定位技術(shù)與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大的差異，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。超寬帶室內(nèi)定位可用于各個領(lǐng)域的室內(nèi)精確定位和導(dǎo)航，包括人和大型物品，例如貴重物品倉儲、礦井人員定位、機(jī)器人運(yùn)動跟蹤、汽車地庫停車等。

  UWB室內(nèi)定位系統(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，UWB室內(nèi)定位技術(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。例如作為UWB定位專家的EHIGH恒高，其自主研發(fā)生產(chǎn)的UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)可以達(dá)到優(yōu)于10cm的定位精度。

  2.UWB室內(nèi)定位原理

  跟藍(lán)牙和WIFI定位方法不同，UWB室內(nèi)定位技術(shù)位置信息并不是基于信號強(qiáng)度(RSSI)進(jìn)行計(jì)算，而是通過精確無線信號的發(fā)送時刻、接收時刻，并通過算法計(jì)算的。UWB無線定位系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)精確定位，首先要獲取與位置相關(guān)的變量信息，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)這些變量和參數(shù)以及數(shù)學(xué)模型來解算目標(biāo)的坐標(biāo)。

  UWB室內(nèi)定位技術(shù)具有超高的時間分辨率，保證了UWB可以準(zhǔn)確的獲得待定位目標(biāo)的時間和角度信息，信號飛行的速度是光速(固定值)，所以只要知道飛行時間就可以計(jì)算出兩個設(shè)備的距離，結(jié)合角度信息利用三角定位等幾何定位方法求得待定位目標(biāo)的位置信息。

  在UWB室內(nèi)定位技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的是到達(dá)時間差法(TDOA)和飛行時間測距法(TOF)。從定位方式來看均屬于多點(diǎn)定位，即確定標(biāo)簽與多個已知坐標(biāo)點(diǎn)的相對位置關(guān)系定位。

  3.UWB室內(nèi)定位之上行TDOA

  到達(dá)時間差(Time Difference of Arrival，TDOA)是一種利用到達(dá)時間差進(jìn)行定位的方法又稱為雙曲線定位。標(biāo)簽卡對外發(fā)送一次UWB信號，在標(biāo)簽定位距離內(nèi)的所有基站都會收到無線信號，如果有兩個已知坐標(biāo)點(diǎn)的基站收到信號，標(biāo)簽和基站的距離間隔不同，因此這兩個收到信號的時間節(jié)點(diǎn)是不一樣的，根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系，到已知兩點(diǎn)為常數(shù)的點(diǎn)，一定處于以這兩點(diǎn)為焦點(diǎn)的雙曲線上。那么有四個已知點(diǎn)(四個定位基站)就會有四條雙曲線，四條雙曲線交于一點(diǎn)就是標(biāo)簽的位置。

  4.UWB室內(nèi)定位之下行TDOA技術(shù)

  簡單的說就是定位基站發(fā)送定位信號，定位標(biāo)簽接收定位信號。這種工作方式和GPS類似，所以又叫室內(nèi)GPS。下行TDOA是在終端進(jìn)行位置坐標(biāo)計(jì)算，同時EHIGH恒高的定位系統(tǒng)，可以通過標(biāo)簽上傳這些數(shù)據(jù)到服務(wù)器，實(shí)時結(jié)算標(biāo)簽位置，這一點(diǎn)得歸功于恒高室內(nèi)定位系統(tǒng)自帶的一套高實(shí)時性的物聯(lián)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

  下行TDOA的優(yōu)勢是，基站決定信號發(fā)送的時間，所以基站的功耗較低，并且跟GPS有著同樣的優(yōu)勢，即該系統(tǒng)的容量無限大的，終端獲取位置信息的延時也很小，這種模式，適合用于目標(biāo)的獨(dú)立導(dǎo)航。

  在國內(nèi)的UWB行業(yè)中，能實(shí)現(xiàn)UWB下行TDOA定位技術(shù)的公司屈指可數(shù)，EHIGH恒高正是其中一家，并且早在2016年的福清核電建設(shè)工地項(xiàng)目上就已經(jīng)被成功應(yīng)用了。

  5.UWB室內(nèi)定位之TOF

  飛行時間法(Time of flight，TOF)是一種雙向測距技術(shù)，它通過測量UWB信號在基站與標(biāo)簽之間往返的飛行時間來計(jì)算距離。根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系，一點(diǎn)到已知點(diǎn)的距離為常數(shù)，那么這點(diǎn)一定在以已知點(diǎn)為圓心，以該常數(shù)為半徑的圓上。有兩個已知點(diǎn)，就有兩個交點(diǎn)。以三個已知點(diǎn)和距離作三個圓，他們交于同一個點(diǎn)，該點(diǎn)就是標(biāo)簽的位置。

  移動標(biāo)簽首先向定位基站發(fā)送測距請求，基站收到測距請求進(jìn)行處理，經(jīng)過一小段時間處理后向移動標(biāo)簽回復(fù)確認(rèn)信息，分別記錄 UWB 信號發(fā)送和接收的時間間隔，例如我們將發(fā)送端發(fā)出信號和接收回應(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。那么信號在空中的單向飛行時間TTOF可以計(jì)算為：

  然后根據(jù)TTOF與電磁波傳播速度的乘積便可算出標(biāo)簽到基站之間的距離。d = c × TTOF

  根據(jù)到各個基站的測距信息，以各個基站為中心畫圓，就可以得到一個交點(diǎn)，交點(diǎn)就是標(biāo)簽的位置。