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    UWB技术与传统室内定位技术相比,其时域信号较窄,时间分辨率较强,接收多径反射延时信号与直达信号的时间差一般大于脉冲宽度,因此,UWB信号在时域上是可分离的。所以, UWB室内定位技术可快速提取出直达信号,实现精确定位。

    EHIGH恒高定位系统就是基于UWB室内定位技术研究开发的,其定位精度可达到厘米级,具有高精度、高动态、高容量、低功耗的优点,主要用于煤矿、化工、电力能源、医院、养老院、隧道、制造业、公安司法等行业。

     

    一、基于UWB室内定位技术的硬件定位设备

    1、定位标签

    定位标签附着于定位对象的表面,当标签进入基站的信号覆盖范围内,即自动与基站建立联系,发送电磁波信号来确定标签位置。每一个标签都有唯一的ID号,可通过这个ID号将定位的对象联系起来,使定位基站通过标签找到实际定位的位置。

     UWB定位标签

    2、定位基站

    UWB基站分布于定位区域的几何边缘,并对该区域进行信号覆盖。室内定位基站主要功能就是探测标签的数据信息并上传至服务器进行汇总分析。

    一个定位系统一般要由三个以上的定位基站组成,它们可以接收定位终端(即定位标签)发送的UWB信号,并进行互相关系分析,计算信号传播时延,在通过特定的算法计算出待定位标签与基站之间的距离,再通过有线网络或WLAN传递给定位引擎。

     

    UWB定位基站

    二、UWB室内定位技术布置基站的原则

     

     

    UWB定位系统

    1、零维定位

    也叫存在性检测。区域内安装1台定位基站,可实现区域内人员的存在性检测和统计,适用于小型房间等区域。

    2、一维定位

    一维定位就是测距应用,适用于隧道、矿井、巷道等对定位精度不高的场景,精度在0.3米左右。巷道定位只需要定位目标在这个巷道的相对位置,一般会忽略巷道的宽度。

    3、 二维定位

    二维定位需要确定空间的x、y坐标,通过三个以上的基站,确定区域内的标签的位置,可以得出基站的二维坐标。

    4、 三维定位

    实现三维定位,需要求出被定位标签的三维坐标(x,y,z)。在基站架设的时候,需要特别拉开z轴的高度差,以确保在z轴上的精确度。

     

    三、UWB室内定位技术可实现哪些功能?

    1、人员实时定位管理

    可视化查看人员、物资、车辆的位置分布,便于工作调遣,提升生产效率;在发生危险时,可依据人员分布位置信息快速救援。

    2、长时间静止预警

    UWB定位系统具有“静止不动”行为监测功能,当员工处于危险状态(如昏迷)而无法主动报警,静止不动的时间超过了设定的时长,系统会发出预警信息,提醒管理者及时救援,防止无人发现而错失救援最佳时机的情况发生。

    3、视频联动

    将EHIGH恒高UWB定位系统与监控设备相结合,还能够实现视频联动的功能。当某区域作业人员主动发起报警求助信息,或是电子围栏被触发,管理人员可查看现场视频画面,便于管理人员第一时间了解现场情况并进行处理,提升应急处理能力,减少事故伤亡。

    4、电子围栏

    UWB定位系统可对不同区域进行划分,并为对应的工作人员设置进出权限,当人员或物品进入自己权限范围以外的区域时,系统进行预警。电子围栏功能将保证特殊区域的生产安全,使得企业得以正常顺利地运行,提高企业的生产效率和管理水平。

    5、移动轨迹追溯

    可长时间存储人员运动轨迹,为事件处理提供决策依据。并且可按人员或区域回放指定时间段内的人员运动轨迹。

    6、智能巡检

    企业可针对生产设备的巡检要求,自定义规划巡检点和巡检路线,设置巡检人员及周期,制定巡检任务,全方位满足企业定时巡检需求。管理人员可查看巡检人员的巡检时长、巡检轨迹等指标,防止员工漏查、重复巡查,切实保障巡检各项指标达到安全管理的要求。

    7、SOS报警

    人员随身佩戴的UWB定位标签具有紧急求助功能,当人员遭遇意外情况,可立即进行按键求救,后台可依据求救位置进行救援,减少事故损失与人员伤亡。

    8、超员/缺员预警

    管理后台可设置每个生产车间或区域的限制人数,实现超员预警和缺员预警功能。如果该区域的总人数已经满员或未达标,系统发出预警信息,提醒管理人员及时予以干预。

    9、超时预警

    当人员或物品在某个区域滞留时间过长,系统可发出预警信息,防止外来车辆或访客长时间滞留在危险区域,保障区域或人员安全。

     

    四、基于UWB室内定位技术的EHIGH恒高人员定位系统优势:

    1.      精度高:定位误差不超过10cm

    2.     稳定性强:抗干扰,抗遮挡

    3.     续航时间长:智能节省电量,电池续航提升2倍+

    4.     视频融合:定位与视频高度融合

    5.     更远覆盖:单基站覆盖范围远超100m

    6.     定位模式多样:0维、1维、2维、3维无缝切换

    转载于:https://www.cnblogs.com/liulianchoudoufu/p/11194609.html

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    关注、星标公众号,直达精彩内容

    来源:网络素材

    整理:李肖遥

    UWB技术作为一种流行的室内定位技术,UWB技术凭借着极高的精度和极具优势的性价比占据了头把交椅,一时间国内国外的公司蜂拥而至,随着芯片厂商的低成本芯片的量产,UWB定位可谓风光不二。

    我不否认因为精度的问题,UWB定位技术有着广泛的使用前景,但是问题总是有的,UWB也存在很多问题。

    1、首先是市场需求因素

    UWB是一种主流的室内定位技术,虽然也可以在室外做覆盖,但是需要建设定位网络。室内定位的需求相比室外定位就小很多,室外定位GPS的市场早就达到了千亿规模,室内定位才是十分之一。

    原来的WIFI定位、RFDI定位、蓝牙定位,定位精度很低,都是米级的,解决不了行业的痛点,行业有痛点的地方精度就不够,一直处于半死不活,所谓的商场导航、停车场停车就根本是痒点的需求。

    虽然UWB的加入,非常好的解决了精度问题,UWB 技术有着场景的要求,需要部署UWB定位的网络。UWB定位可以用在人员定位系统上,也可以用在物体的定位上。

    从市场的角度来讲,UWB所代表的定位需求还是有一定的前瞻性,在现阶段还是个寻找行业痛点的过程,某些行业应用比如叉车定位虽然很好,但是体量还是太小,无法支撑起整个行业的规模来。

    如果采用在人身上,就需要回答一个问题,到底什么样的场景需要对人有这么高的精度要求,如果是普适的考情、打卡、在岗等,这样的需求有,但是不值得企业大规模的投入,因此,从人员定位系统的角度出发,UWB目前主要解决是生产安全问题,越高危的人身安全领域,需求越强烈。

    而除此之外,基本是没啥需求的。另外是可移动的物体的定位需求,还是区域内的定位,这样的需求目前还非常少,可能随着机器人的大规模采用会有更多的需求还不一定。

    随着苹果雷声大雨点小的加入,室内的指向性定位,比如防丢,汽车开门什么的。但是这个行业的形成还是需要时间,而且这个是手机和汽车行业做的事情,不适合普通创业公司。

    2、成本问题也是不可忽略的因素

    UWB定位系统需要包括UWB定位基站、定位标签、定位引擎和应用系统这四部分。和WIFI、蓝牙、RFID等定位技术相比,在定位基站和定位标签的价格上UWB有着明显的压倒性价格差。

    基本是在10倍以上的价格差距,导致整个方案的成本居高不下,因为UWB定位的需求体量小,所以价格就没法降下来,降了,需求没有明显的上升,恐怕很多国内的UWB公司就要关门了。

    因为目前制约这个行业的是需求太少,而不是价格太贵。另外,UWB定位是要求最少3点定位,需要3个基站的支持,所以作为室内定位的首选方案,如果房间太多,那么基站的成本就是房间数量*3,所以成本高也不是没原因的。

    3、研发难度高,投入大

    UWB定位技术目前基本都是采用DW1000的芯片,实际上这个芯片集成的算法很少,就是发个脉冲信号,主要的定位算法都是需要做定位的集成厂商来自己研究和优化,导致开发的难度高,投入的人力大,而且定位的偶然性误差会较大。

    这些问题都可以通过算法的优化去解决,但是要花费大量的人力。相比WIFI和蓝牙等定位技术的开发难度,就不是在一个级别上,这也是成本居高不下的另外一个原因。

    新入行的企业一般都会碰到DW1000芯片例程调试等各方面的问题,调通之后精度收到各种因素的影响会有较大的误差,产品的资料又比较少,技术支持力度又不足等等,每个问题的解决都是充满艰辛的里程。

    4、UWB原理上的问题,影响精度

    在芯片的datasheet上,UWB定位可以到10cm,当然有些国内厂商为了博眼球说是能到5cm的精度,比原厂商还高一倍,这集中体现了国内的能力不是一般的高。

    UWB所需要的频段我国分配是从6G-9G,这么高的频段,脉冲的穿透性就不好,因此UWB定位的要求是无遮挡是最优的,如果有背对着定位基站等情况发生,精度就会下降。如果中间有厚的水泥墙之类的,那最好就是多放置基站,否则定位肯定是会出现问题的。

    所以很容易看到国内某厂商的宣传视频,里面的人总是把UWB标签举在手上来走路,也不是没原因的。

    5、功率问题,影响距离

    UWB定位的频段国内是有划分,但是频率过高,而且发射功率的要求过于严格,是-40db。在很低的发射功率的情况下,对室外的定位肯定有影响,所以距离就不能太远,一般是小于100米,这样对机场等大面积的地方的覆盖就是个很大的问题。当然在室内定位的时候,这个问题基本是不存在的。

    6、总结

    虽然UWB定位技术有上面的问题,但是UWB定位有着最大的优势,精度。和WIFI定位、蓝牙定位这种用起来可有可无的技术相比,UWB定位的精度直追激光定位。

    随着新的行业应用的不断的发掘,成本价格的不断下降,UWB定位技术的真正爆发的时间也不会太迟。

    UWB技术和物联网的结合、UWB技术在机器人上的使用、UWB技术在工业4.0上的应用最终会让这种技术在位置需求这个根本性问题上找到它应有的坐标的。

    来源整理于网络素材,版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除,谢谢。

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    UWB室内定位技术

    引言

    本文探讨室内定位技术中的一种:UWB室内定位技术,并在定位技术系列最后对各种定位技术进行总结,敬请关注微信公众号“智物客”后续文章。

    概述

    UWB(Ultra Wide Band )即超宽带技术,它是一种无载波通信技术,利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,因此其所占的频谱范围很宽。传统的定位技术是根据信号强弱来判别物体位置,信号强弱受外界影响较大,因此定位出的物体位置与实际位置的误差也较大,定位精度不高,而UWB定位采用了宽带脉冲通讯技术,具备极强的抗干扰能力,使定位误差减小。UWB定位技术的出现填补了高精度定位领域的空白,它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供厘米级的定位精度等优点。

    3  UWB室内定位流程

    (1)每个定位标签以UWB脉冲重复不间断发送数据帧;

    (2)定位标签发送的UWB脉冲串被定位基站接收;

    (3)每个定位基站利用高敏度的短脉冲侦测器测量每个定位标签的数据帧到达接收器天线的时间;

    (4)定位引擎参考标签发送过来的校准数据,确定标签达到不同定位基站之间的时间差,并利用三点定位技术及优化算法来计算标签位置。

    (5)利用单基站定位一般采用AOA((Angle of Arrival)算法,采用多基站定位多采用TDOA(Time difference of Arrival)算法。

    4  UWB室内定位系统架构及功能

    4.1  系统结构图

     

    4.2   主要设备及组件

    4.2.1  UWB定位标签

    定位标签为有源标签,能做成不同的形态固定在物体、车辆或佩戴在人员身上使用,在不同应用环境下拥有多变性。它的定位精度最高可达到5-10cm,标签发出的UWB脉冲信号,通过定位基站(定位传感器)接收和传输。每一个标签都有唯一的ID号,可通过这个ID号将定位的物体联系起来,使定位基站(定位传感器)通过标签找到实际定位的位置。标签传输信号持续时间很短,能够允许成百上千的标签同时定位。

    提供一个参考技术参数:

    参数项

    参数值

    定位精度

    5-10cm

    系统总刷新率

    1200Hz

    单一标签刷新率

    1/64Hz-100Hz

    射频发射

    3.1GHz~10.6GHz(分频段)

    射频接收

    信令信道 ISM

    穿墙能力

    玻璃、木质墙体可穿透一堵墙,钢筋混凝土墙体不能穿透

    电池供电

    可充电500mAh锂电池

    耗电指标

    按1Hz刷新率计算约使用1个月

     

    4.2.2  UWB定位基站

    定位基站(定位传感器)可以通过到达时间差(TDOA)测量技术,来确定标签的位置,并将数据传输至网络控制器及定位引擎软件,定位精度达到厘米级。

    参考技术参数如下:

    参数项

    参数值

    天线接口

    SMA

    网络接口

    RJ45

    UWB频段

    3.1-10.6GHz(分频段)

    系统控制信号

    2.4GHz ISM

    输入电压

    DC 12 V

    安全机制

    过热、过载和短路保护

    功率消耗

    10W

     

    4.2.4  定位引擎

    定位引擎位于部署于定位服务器中,是定位算法实现的地方,并提供API与上层应用软件调用。

    4.2.5  上层应用软件

    上层应用软件主要体现为系统功能。UWB室内定位系统基本功能可包括:

    人员分布显示:佩戴定位标签的人员分布情况。

    人员移动轨迹:通过电子地图实时显示一个或多个人员移动轨迹。

    跟踪指定人员:地图随着标签的移动自动切换,将鼠标移到标签上可以看到标签的当前状态。

    电子围栏:通过平面电子地图上不同颜色和形状显示人员的报警位置状态。

    5   UWB技术特点

    UWB技术应用于室内定位,具有以下特点:

    (1)系统容量大

    香农公式给出C=Blog2(1+S/N)可以看出,带宽增加使信道容量的提高远远大于信号功率上升所带来的效应,这一点也正是提出超宽带技术的理论机理。超宽带无线电系统用户数量大大高于3G系统。

    (2)数据传输速度快

    UWB系统使用上吉赫兹的超宽频带,根据香农信道容量公式,即使把发送信号功率密度控制得很低,也可以实现高的信息速率。一般情况下,其最大数据传输速度可以达到几百兆比特每秒到吉比特每秒。

    (3)多径分辨能力强

    UWB由于其极高的工作频率和极低的占空比而具有很高的分辨率,窄脉冲的多径信号在时间上不易重叠,很容易分离出多径分量,所以能充分利用发射信号的能量。实验表明,对常规无线电信号多径衰落深达10~30dB的多径环境,UWB信号的衰落最多不到5dB。

    (4)隐蔽性好

    因为UWB的频谱非常宽,能量密度非常低,因此信息传输安全性高。另一方面,由于能量密度低,UWB设备对于其他设备的干扰就非常低。

    (5)定位精确

    冲激脉冲具有很高的定位精度,采用超宽带无线电通信,可在室内和地下进行精确定位,精度最高可达2厘米,一般精度在15厘米内。而GPS定位系统只能工作在GPS定位卫星的可视范围之内。与GPS提供绝对地理位置不同,超短脉冲定位器可以给出相对位置,其定位精度可达厘米级。

    (6)抗干扰能力强

    UWB扩频处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每个比特所用的脉冲数。UWB的占空比一般为0.01~0.001,具有比其他扩频系统高得多的处理增益,抗干扰能力强。一般来说,UWB抗干扰处理增益在50dB以上。

    (7)低功耗

    UWB无线通信系统接收机没有本振、功放、锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、混频器等,因而结构简单,设备成本将很低。由于UWB信号无需载波,而是使用间歇的脉冲来发送数据,脉冲持续时间很短,一般在0.20~1.5ns之间,有很低的占空因数,所以它只需要很低的电源功率。一般UWB系统只需要50~70mW的电源,是蓝牙技术的十分之一。


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    谈到室内定位方案,很多客户都不知道如何选择,是选蓝牙定位呢?还是选UWB定位?下面将从8个方面细节对比来简单分析一下,包括无线协议、定位原理、定位精度、部署难度、抗干扰性、定位使用场景、和手机的交互、定位系统成本等8个方面,希望能对有需求的客户有所帮助。
    1.支持的无线协议
    蓝牙定位是标准BLE低功耗蓝牙协议;UWB定位采用的是IEEE802.15.4-2011 UWB 协议。
    2.定位原理
    蓝牙定位基于蓝牙发射器的RSSI值。蓝牙接收机通过侦测周围蓝牙发射器的强度,通过三边测量的算法定位蓝牙标签的位置;
    UWB定位技术利用事先布置好的已知位置的锚节点和桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,利用UWB定位算法计算(常采用TDOA定位算法、TWR定位算法),通过测量出不同基站与移动终端的传输时延差来进行定位。
    3.定位精度
    蓝牙定位能够实现米级的定位精度,精度在3-5米,能够大概知道人员、物体所处的位置;
    UWB定位能够实现厘米级的定位精度,可达到0.1-0.3米,能够准确掌握人员、物体、车辆的实时位置。
    4.部署难度
    受限于蓝牙定位原理的要求,蓝牙定位系统中,要求蓝牙网关或Beacon一般间隔5-8米左右部署一个。硬件的部署难度较低,我们的蓝牙网关可以通过安装底座卡扣的形式安装,还有防爆型网关可以通过配套的附件安装的任意固定位置;
    UWB定位的UWB基站一般50米左右部署一个,UWB基站的部署难度稍高,我们的UWB基站一般使用和基站配套的支架、抱杆型附件等固定安装。
    5.抗干扰性
    蓝牙定位系统的抗干扰性偏低;UWB定位系统得益于UWB定位超宽带的的抗干扰性强。
    6.定位场景
    蓝牙定位主要应用于对人、物的室内定位。我们的终端侧蓝牙定位可应用于室内定位、导航,营销路径规划,反向寻车,精准位置营销等用户终端;网络侧蓝牙定位可用于人员跟踪定位,智能考勤,门禁系统,资产定位及客流分析等场景之中。
    UWB(超宽带)定位则主要应用于室内高精度定位,用于在一定空间范围内获取人或物的精确位置信息。
    7.和智能手机的交互
    蓝牙定位基于ble低功耗蓝牙,通过蓝牙可以方便的和智能手机进行交互,我们的蓝牙定位系统可以提供手机app、微信小程序、H5页面、微信公众号、网页端等不同的手机端蓝牙定位应用;
    UWB定位无法和手机等智能终端交互,一般只提供手机Web网页端登录查看。
    8.定位系统成本
    蓝牙定位引擎算法、蓝牙网关一般百元以上、ibeacon信标,蓝牙标签等一般价格几十元、相对UWB硬件较低;UWB定位引擎算法、UWB基站价格一般几千元一台;UWB标签一般也是几百元一个。所以成本方面,UWB定位系统比蓝牙定位系统要高出不少。
    蓝牙定位和UWB定位综合对比如下:
    如何选择室内定位方案,可以从以下3个方面选择:
    (1)对室内定位精度要求不高的场合可以采用蓝牙定位,比如商场、景点景区智慧导览、博物馆导航、展会等场景,3-5米在室内做定位导航够用了;
    (2)有和智能手机交互要求:蓝牙定位易于手机交互,在手机端分享实时位置非常方便;UWB定位在和手机交互方面不如蓝牙定位。所以一般在商场、景点景区、博物馆、展会、游乐场布设室内定位系统优选蓝牙定位系统方案。
    (3)对预算有限的情况下,可以选择蓝牙定位。蓝牙定位的成本相对UWB定位会少很多。

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