超寬帶UWB高精度定位技術介紹

UWB（UltraWideBand，超寬帶）是一種以極低功率在短距離內高速傳輸數據的無線通信技術，UWB具有抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發送功率小等諸多優勢，主要應用于室內通信、家庭網絡、位置測定、雷達檢測等領域。系統容量大發送功率非常小，其電磁波輻射對人體的影響也會很小，應用面就廣。

UWB定位技術原理

無線定位系統要實現精確定位，首先要獲取與位置相關的變量信息，建立相應的數學模型，然后根據這些變量和參數以及數學模型來解算目標的坐標。UWB定位技術具有超高的時間和空間分辨率，保證了UWB可以準確的獲得待定位目標的時間和角度信息，時間信息可以轉化為距離信息，結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的位置信息。常用的測量角度和時間信息的方法有：基于接收信號強度（receivedsignalstrength，RSS）、基于接收信號到達角度（angleofarrival，AOA）、基于接收信號時間法（time/timedifferenceofarrival，TOA/TDOA）、AOA和TDOA混合定位法。

uwb技術優勢

根據信號的定義及特點，UWB技術具有如下優勢：

（1）系統容量大，傳輸速度快

根據香港信道容限公式，帶寬越寬，系統的最大傳輸速率就越大。傳統的無線載波通信系統由于頻帶窄，必須采用多進制的調制方式才能使信號的傳輸速率達到100Mbps以上，這就要求信噪比在一個很高的水平上，同時也大大增加了系統構建的復雜性。而UWB通信的帶寬都在500MHz以上，其傳輸速率也達到1Gbps以上。

（2）發射功率低

IR-UWB具有1GHz以上的頻帶寬度，極大的帶寬保證了較低的發射功率。在短距離無線通信應用中，發射機發射的UWB信號功率要低于1mW，這大大延長了電池壽命，保證了較長的系統工作時間，同時對人體的輻射危害也更小。

（3）多徑分辨率高

UWB信號采用持續時間很短的窄脈沖，具有較強的時間和空間分辨率，系統的多徑分辨率高，整個系統能夠充分利用發射信號的能量。此外，UWB信號具有良好的抗多徑性能，對于信道衰減不敏感，接收機通過分級便可以獲得很強的康衰減能力，在室內或者建筑物比較密集的場合可以獲得良好的定位效果，同時在進行測距、定位、跟蹤時也能達到更高的精度。

（4）系統保密性好

UWB發射功率低，僅在1mW以下。它可以把信號彌散在一個極寬的頻帶范圍內，對于一般的通信信號而言，UWB信號類似于白噪聲可以安全低隱藏起來;而UWB信號的功率譜密度要低于普通的環境噪聲，要將UWB信號從環境噪聲中甄別出來不是一件容易的事情，這很好地保證了UWB信號的安全性。

（5）穿透能力強

窄脈沖具有很強的穿透能力，可以幫助比如警察搜尋隔墻的逃犯，以及解救那些被圍困在建筑物里面的人們。

（6）定位精度高

UWB信號具有超寬頻帶的特性，使得UWB系統的距離分辨精度是其他系統的成千上百倍。UWB信號的距離分辨能力可達到厘米級，這是其它窄帶系統望塵莫及的。

依賴于上述這些優點，UWB信號可以輕松穿透常見障礙物的阻隔，并能準確測距定位，因此可以用來構建具有較強通信和測距定位功能的無線定位系統，廣泛應用于消防、智能化工廠、機場安檢、軍事訓練等領域。

超寬帶室內定位系統

超寬帶室內定位系統則包括UWB接收器、UWB參考標簽和主動UWB標簽。定位過程中由UWB接收器接收標簽發射的UWB信號，通過過濾電磁波傳輸過程中夾雜的各種噪聲干擾，得到含有效信息的信號，再通過中央處理單元進行測距定位計算分析。

UWB室內定位結構圖

超寬帶可用于室內精確定位，例如戰場士兵的位置發現、機器人運動跟蹤等。超寬帶系統與傳統的窄帶系統相比，具有穿透力強、功耗低、抗干擾效果好、安全性高、系統復雜度低、能提供精確定位精度等優點。因此，超寬帶技術可以應用于室內靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤與導航，且能提供十分精確的定位精度。

定位精度：根據不同公司使用的技術手段或算法不同，精度可保持在0.1m~0.5m。

超寬帶UWB高精度定位技術前景展望

采用UWB進行無線定位，可以滿足未來無線定位的需求，在眾多無線定位技術中有相當大的優勢，目前的研究表明超寬帶定位的精度在實驗室環境已經可以達到十幾cm。此外，超寬帶無線電定位，很容易將定位與通信結合，快速發展的短距離超寬帶通信無疑將帶動UWB在定位技術的發展，而常規無線電難以做到這一點。雖然無線精確定位技術已有了多年發展，但目前超寬帶技術正處于發展初級階段，精確定位技術的商業化正在進行之中，定位算法還有待改進。隨著超寬帶技術的不斷成熟和發展，市場需求的不斷增加，相信不久超寬帶定位技術就可以完全實現商業化，精確的超寬帶定位系統將會得到廣泛應用。