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厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位降低誤差，UWB定位系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位？原理分析！
一、UWB定位系統(tǒng)是什么？
UWB，它是Ultra Wideband，超寬帶技術(shù)。它起源于20世紀(jì)60年代興起的脈沖通信技術(shù)。UWB不同于傳統(tǒng)的通信技術(shù)，它通過(guò)發(fā)送和接收納秒或微秒級(jí)以下的極窄脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，因此其頻譜范圍廣，時(shí)間分辨率高。
室內(nèi)定位系統(tǒng)是基于厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板技術(shù)開(kāi)發(fā)的定位系統(tǒng)。室內(nèi)定位系統(tǒng)應(yīng)用軟件支持PC和移動(dòng)終端訪問(wèn)，主要用于隧道、監(jiān)獄、化工、工廠、煤礦、建筑工地、電廠、養(yǎng)老金、展廳、車輛、機(jī)房、機(jī)場(chǎng)等行業(yè)。
二、UWB定位系統(tǒng)原理
厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板定位系統(tǒng)由應(yīng)用層、服務(wù)層、傳輸層和感知層（定位基站和定位標(biāo)簽）組成，傳輸層的主網(wǎng)絡(luò)通信方式為有線或無(wú)線通信。
感知層
感知層主要包括定位基站和定位標(biāo)簽?；竞蜆?biāo)簽是定位系統(tǒng)的核心設(shè)備。厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板標(biāo)簽將按時(shí)間隙廣播帶有自己ID號(hào)的無(wú)線電信號(hào)。定位基站接收標(biāo)簽發(fā)送的信號(hào)后，通過(guò)主網(wǎng)將接收信號(hào)的時(shí)間戳和標(biāo)簽ID卡號(hào)傳輸給服務(wù)層，完成標(biāo)簽卡的定位。基站還可以接收應(yīng)用層發(fā)送的指令，完成相關(guān)設(shè)置。
傳輸層
傳輸層又稱主通信網(wǎng)絡(luò)（以下簡(jiǎn)稱“主網(wǎng)絡(luò)”），是基站與服務(wù)層、應(yīng)用層之間的數(shù)據(jù)傳輸通道。應(yīng)用層的相關(guān)指令向下傳輸?shù)嚼迕准?jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板基站，定位原始數(shù)據(jù)（標(biāo)簽與基站之間的距離）向上傳輸?shù)椒?wù)層，數(shù)據(jù)通過(guò)有線光纖傳輸。
服務(wù)層
標(biāo)簽坐標(biāo)通過(guò)標(biāo)簽與覆蓋區(qū)域的定位基站進(jìn)行測(cè)距，標(biāo)簽坐標(biāo)通過(guò)TDOA算法或TOA算法解算。此外，服務(wù)層還提供靈活的設(shè)備管理和網(wǎng)絡(luò)管理功能，以及各種前端功能和應(yīng)用界面。
應(yīng)用層
通過(guò)服務(wù)層獲取定位標(biāo)簽的具體位置，以一維、二維或三維地圖的形式實(shí)時(shí)顯示標(biāo)簽的位置，并提供軌跡回放、人員信息管理和呼叫救援功能。
此外，應(yīng)用層還提供websocket接口和http接口。標(biāo)簽卡的實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)可以通過(guò)websocket接口獲取，厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)可以通過(guò)http接口獲取。因此，定位系統(tǒng)易于二次開(kāi)發(fā)和集成。
三、UWB定位系統(tǒng)硬件支持
室內(nèi)定位基站、定位標(biāo)簽是UWB定位系統(tǒng)的硬件組成部分。定位基站分布在場(chǎng)景區(qū)的幾何邊緣，并覆蓋該區(qū)域的信號(hào)。室內(nèi)定位基站的主要功能是檢測(cè)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息，并上傳到服務(wù)器進(jìn)行總結(jié)和分析。厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板定位標(biāo)簽附著在定位對(duì)象的表面。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入基站的信號(hào)覆蓋范圍時(shí)，它會(huì)自動(dòng)與基站建立聯(lián)系。定位標(biāo)簽可根據(jù)應(yīng)用要求制定不同的附著方案，如懸掛、粘貼等形式，尺寸和形狀會(huì)根據(jù)定位對(duì)象的不同而不同。
四、UWB定位系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
1、高精度
在室內(nèi)定位領(lǐng)域，UWB定位是實(shí)現(xiàn)厘米高精度定位的技術(shù)。厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板UWB采用TDOA（到達(dá)時(shí)間）算法，測(cè)量電磁波從發(fā)射端到接收端的時(shí)間，分布在房間內(nèi)的幾個(gè)接收端同時(shí)接收發(fā)射端發(fā)射的電磁波信號(hào)，根據(jù)電磁波傳輸速度準(zhǔn)確計(jì)算發(fā)射端在房間內(nèi)的位置，定位精度可達(dá)10cm，基本滿足大多數(shù)室內(nèi)定位場(chǎng)景對(duì)高精度定位的需求！
2、可擴(kuò)展
UWB定位系統(tǒng)不僅可以提供定位功能，還可以在定位的基礎(chǔ)上擴(kuò)展歷史軌跡回放、人員出勤、電子圍欄、行為分析、智能檢查等綜合定位服務(wù)功能。這些基于位置數(shù)據(jù)的服務(wù)功能可以幫助管理對(duì)企業(yè)進(jìn)行安全管理，可以有效減少安全事故的發(fā)生。
3、低功耗
厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板無(wú)線通信系統(tǒng)接收機(jī)無(wú)本振、功放、鎖環(huán)環(huán)(PLL)、壓控振蕩器(VCO)、混頻器等。，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本會(huì)很低。由于UWB信號(hào)不需要載波，而是使用間歇脈沖發(fā)送數(shù)據(jù)，脈沖持續(xù)時(shí)間很短，一般為0.20～1.5ns之間，占空因數(shù)很低，所以它只需要很低的電源功率。一般UWB定位系統(tǒng)只需要5～7mW電源是藍(lán)牙技術(shù)的十分之一。
厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板定位系統(tǒng)為何存在定位誤差？隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展，室內(nèi)定位已成為日常生活中不可缺少的重要應(yīng)用，定位技術(shù)已逐漸成為各種新場(chǎng)景的基本核心技術(shù)。由于UWB定位系統(tǒng)具有定位精度高、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、滲透性強(qiáng)等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，UWB定位系統(tǒng)已成為室內(nèi)定位行業(yè)重要的組成部分。
一、UWB定位系統(tǒng)的主要誤差來(lái)源
1、時(shí)鐘同步精度
TOA定位算法需要目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)之間的準(zhǔn)確時(shí)間同步，厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板TDOA定位算法需要參考節(jié)點(diǎn)之間的準(zhǔn)確時(shí)鐘同步。因此，不準(zhǔn)確的時(shí)間同步會(huì)導(dǎo)致UWB系統(tǒng)的定位誤差。但由于硬件的限制，不可能完全準(zhǔn)確地同步時(shí)鐘。
2、多徑傳播
在TOA估計(jì)算法中，通常使用匹配濾波器輸出大值或相關(guān)大值的時(shí)刻作為估計(jì)值。由于多徑的存在，相關(guān)峰值的位置被漂移，因此估計(jì)值與實(shí)際值之間存在很大的誤差。
3、非視距傳播
視距傳播是獲得準(zhǔn)確信號(hào)特征測(cè)量值的必要條件。當(dāng)兩點(diǎn)之間沒(méi)有直接傳播路徑時(shí)，只有信號(hào)反射和衍生成分才能到達(dá)接收端。此時(shí)，一次脈沖到達(dá)時(shí)間不能代表TOA的真實(shí)值，存在非視距誤差。
4、多址干擾
在多用戶環(huán)境中，其他用戶的信號(hào)會(huì)干擾目標(biāo)信號(hào)，從而降低估計(jì)的準(zhǔn)確性。厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板減少這種干擾的一種方法是將來(lái)自不同用戶的信號(hào)從時(shí)間上分離出來(lái)，即使用不同的間隙來(lái)傳輸不同的節(jié)點(diǎn)。
二、UWB定位系統(tǒng)如何準(zhǔn)確定位？
UWB定位系統(tǒng)采用寬帶窄脈沖通信技術(shù)(時(shí)間分辨率極高，降低定位誤差)、多源數(shù)據(jù)集成（有效提高定位系統(tǒng)的抗干擾能力）和時(shí)間序列信號(hào)處理技術(shù)（在強(qiáng)多徑復(fù)雜環(huán)境中提取一路徑信號(hào)），實(shí)現(xiàn)定位目標(biāo)的準(zhǔn)確定位。
同時(shí)，采用無(wú)線同步方法，也是業(yè)內(nèi)擁有厘米級(jí)超寬帶定位uwb開(kāi)發(fā)板UWB無(wú)線同步技術(shù)的制造商。無(wú)線同步是指每個(gè)基站通過(guò)不斷與其他基站交換團(tuán)隊(duì)時(shí)鐘信息，終實(shí)現(xiàn)并保持整體時(shí)間協(xié)調(diào)。無(wú)線同步取決于UWB的測(cè)量時(shí)間精度。時(shí)間精度越高，兩個(gè)基站之間的時(shí)間誤差越小，時(shí)間同步程度越高。無(wú)線同步的優(yōu)點(diǎn)是基站之間不需要有線連接，所以部署難度低，成本低。
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