UWB超宽带室内定位方案介绍

UWB（超宽带）室内定位方案介绍定位现在连接未来深圳市天工测控技术有限公司SkylabM&CTechnologyCo.,Ltd2018-3-191什么是UWB(超宽带）？2•超宽带技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或皮秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。•超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。•2002年4月，美国联邦通信委员会（FCC）发布了民用UWB设备使用频谱和功率的初步规定，规定中将相对带宽大于0.2或在传输的任何时刻带宽大于500MHz的通信系统称为UWB系统。•FCC对UWB系统所使用的频谱范围规定为3.1-10.6GHz，发射机的有效各向同性发射功率不得高于-41.3dBm/MHz。•超宽带无线电中的信息载体为脉冲无线电（IR,ImpulseRadio)。脉冲无线电是指采用冲激脉冲（超短脉冲）作为信息载体的无线电技术。这种技术的特点是，通过对非常窄（往往小于1ns）的脉冲信号进行调制，以获得非常宽的带宽来传输数据。UWB基本介绍3•兼容IEEE802.15.4-2011UWB标准•支持6个RF频段，从3.5GHz到6.5GHz•发射功率可以通过软件调整•兼容FCC&ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute)UWB频谱屏蔽•数据速率为110Kbps,850Kbps,6.8MbpsUWB（超宽带）特点4抗干扰性能强截获率/侦测率低传输速率高带宽极宽消耗电能小UWB功率谱密度小抗干扰能力强传输速率高带宽极宽功耗低超宽带系统和传统的窄带系统相比,具有窄脉冲带来时间分辨率强，功率谱密度低带来抗干扰效果好、安全性高、系统复杂度低等优点。因此,超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人员的定位跟踪及导航，能提供十分精确的定位精度（10-30厘米）。IEEE802.15.4-2011UWB频段5UWB三种定位方式6TWR(TwoWayRanging)双向测距TimeDifferenceofArrival飞行时间差双向测距P2P1P3B多点定位TimeofFlight飞行时间三角定位UWB定位原理（TOA)7TOA，TimeofArrival，通过测量被测标签(B)与已知位置基站(P1,P2,P3)间的报文传输时间，计算出距离；采用三个以上的距离值，通过三角定位，计算出被测标签的位置。不需要已知位置基站间时钟同步。P1P2P3➢基站收到标签的多种信息；➢服务器根据上传的信息进行时钟分配；➢标签根据分配的时间同基站进行测距定位。基站进行测距定位。UWB定位原理（TOA)4个已知坐标的基站为一组，实现三维定位；标签进入定位区域后，按照分配的时间和顺序，依次与基站进行测距；距离信息通过有线/无线网络上传到服务器，实现位置实时跟踪。TimeofflyTimeofflyTimeofflyTimeofflyUWB定位原理（TDOA)9TDOA，TimeDifferenceofArrival，通过测量被测标签(B)与已知位置基站(P1,P2,P3)间的报文传输时间差，计算出距离差；计算出被测标签的位置。需要已知位置基站间时钟同步。P1P2P3P2P1P3B最小的UWB定位单元(TDOA)10基站：4个，A2是主基站，A1,A3,A4是从基站，发送时钟同步帧。标签：1个，发送Blink帧。CLE运行在PC上。较大系统的基站布局(TDOA)11应用场景基站布置12空旷场所80米布一个基站，如果有阻隔，需要重新布至少三个基站。UWB定位系统框图13有线UWB基站数通网络设备定位服务器标签TagGIS呈现服务器数据服务器有线数据网络无线定位网络标签回传定位数据有线UWB基站有线UWB基站UWB实时定位系统14UWB实时定位系统功能介绍15实时了解关键物体的位置，危险发生时能第一时间做出准确定位。人员／设备定位对设备定期的点巡检，实时的监控，及时的反馈异常数据。设备点巡检准确的记录关键物体移动的行为轨迹，方便出问题时的追溯。行为轨迹危险区域，要能够提醒访客和其他非相关人员不要靠近。危险告警危险区域安全区域dangerous危险区域安装基站，当人进入到对应到区域时，声光报警器会触发声音和灯光信号，提醒进入到危险区域到人员，实现安全报警功能。电子围栏功能轨迹回放定位基站室外基站——抱杆数据接口100M标准以太网接口2.4GWi-Fi电源接口48VPOE/电源适配器覆盖范围室外半径100米工作频段6.5G防护等级IP66功耗≤1W室内基站（简易）——吸顶数据接口100M标准以太网接口2.4GWi-Fi电源接口48VPOE/电源适配器覆盖范围室内半径35-50米工作频段6.5G防护等级IP41功耗≤1WUWB基站工作频段：6.5GHz(C5)供电方式：充电锂电池（600mAh）温度：-40℃~55℃湿度：工作～10%~90%无凝结，存储～5%~90%无凝结功耗：1Hz1.5个月TWR防拆：支持防拆佩带方式：工牌、腕带、安全帽刷新频率：0~10Hz防雨：可防雨（充电口加塞）精度：典型精度≤30cmUWB标签防水防尘防雷防爆耐高温耐低温IP67，IngressProtection，支持最高等级的防尘（6级，灰尘禁锢：尘埃无法进入物体整个直径不能超过外壳的空隙）。IP67，IngressProtection，支持次高级的防水功能（7级，防短时浸泡：常温常压下，当外壳暂时浸泡在1M深的水里将不会造成有害影响）。设备能够在-40℃~55℃的温度下正常工作。内置防雷功能。防爆等级T3，设备在任何情况下的温度都不会超过200摄氏度。设备稳定性强设备稳定性强UWB模块（SKU603）21◆CPU:GD32F130G8U6–Core:ARM®Cortex®-M3RISCcore–48MHzmaximumfrequency–Single-cyclemultiplicationandhardwaredivision–64KBon-chipFlashmemory–upto8KBSRAMmemory–one12-bitADC–uptofivegeneral-purpose16-bittimers,ageneral-purpose32-bittimer◆UWBTransceiverIC:DW1000–IEEE802.15.4-2011UWcompliant–Supports4RFbandsfrom3.5GHzto6.5GHz–Programmabletransmitteroutputpower–Fullycoherentreceiverformaximumrange–Dataratesof110kbps,850kbps,6.8Mbps–Maximumpacketlengthof1023bytesforhighdatathroughputapplications–IntegratedMACsupportfeaturesSupports2-wayrangingandTDOAUWB模块（SKU603）22◆Accelerometer:LIS2DH12–Ultra-lowpowerconsumptiondownto2uA–±2g/±4g/±8g/±16gselectablefullscales–“Sleep-to-wake”and“return-to-sleep”functions–Motiondetection–Free-falldetection◆CommunicationInterfaces–UPto2USARTs–I2C–SerialWireJTAGDebugPort定位软件➢唯一ID标识➢全局位置显示➢历史轨迹➢电子围栏➢我们提供位置信息对接客户应用服务器，具体协议双方协商。软件接口具体应用24•实时位置系统•人员定位•资产定位•智能机器人•无人机•除草机