室內(nèi)定位技術的發(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)與機遇，基于UWB技術的室內(nèi)定位方法高效準確，下面簡要介紹下。

  1.UWB室內(nèi)定位概述

  UWB室內(nèi)定位技術與傳統(tǒng)通信技術有極大的差異，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)定位可用于各個領域的室內(nèi)精確定位和導航，包括人和大型物品，例如貴重物品倉儲、礦井人員定位、機器人運動跟蹤、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、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點。因此，UWB室內(nèi)定位技術可以應用于室內(nèi)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。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)可以達到優(yōu)于10cm的定位精度。

  2.UWB室內(nèi)定位原理

  跟藍牙和WIFI定位方法不同，UWB室內(nèi)定位技術位置信息并不是基于信號強度(RSSI)進行計算，而是通過精確無線信號的發(fā)送時刻、接收時刻，并通過算法計算的。UWB無線定位系統(tǒng)要實現(xiàn)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(shù)學模型，然后根據(jù)這些變量和參數(shù)以及數(shù)學模型來解算目標的坐標。

  UWB室內(nèi)定位技術具有超高的時間分辨率，保證了UWB可以準確的獲得待定位目標的時間和角度信息，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算出兩個設備的距離，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。

  在UWB室內(nèi)定位技術中應用最廣泛的是到達時間差法(TDOA)和飛行時間測距法(TOF)。從定位方式來看均屬于多點定位，即確定標簽與多個已知坐標點的相對位置關系定位。

  3.UWB室內(nèi)定位之上行TDOA

  到達時間差(Time Difference of Arrival，TDOA)是一種利用到達時間差進行定位的方法又稱為雙曲線定位。標簽卡對外發(fā)送一次UWB信號，在標簽定位距離內(nèi)的所有基站都會收到無線信號，如果有兩個已知坐標點的基站收到信號，標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)點是不一樣的，根據(jù)數(shù)學關系，到已知兩點為常數(shù)的點，一定處于以這兩點為焦點的雙曲線上。那么有四個已知點(四個定位基站)就會有四條雙曲線，四條雙曲線交于一點就是標簽的位置。

  4.UWB室內(nèi)定位之下行TDOA技術

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

  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，適合用于目標的獨立導航。

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

  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，它通過測量UWB信號在基站與標簽之間往返的飛行時間來計算距離。根據(jù)數(shù)學關系，一點到已知點的距離為常數(shù)，那么這點一定在以已知點為圓心，以該常數(shù)為半徑的圓上。有兩個已知點，就有兩個交點。以三個已知點和距離作三個圓，他們交于同一個點，該點就是標簽的位置。

  移動標簽首先向定位基站發(fā)送測距請求，基站收到測距請求進行處理，經(jīng)過一小段時間處理后向移動標簽回復確認信息，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)出信號和接收回應的時間間隔記為TTOT，接收端收到數(shù)據(jù)包和發(fā)出回應的時間間隔記為TTAT。那么信號在空中的單向飛行時間TTOF可以計算為：

  然后根據(jù)TTOF與電磁波傳播速度的乘積便可算出標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，交點就是標簽的位置。