UWB人员定位设备

UWB实时定位系统一、系统简介实时定位系统（UWBRTLS），又称超宽频实时定位系统，是用于实时跟踪人员（或设备），特别是用在常规的GPS信号不能覆盖到的区域。二、系统组成一个基本的UWB实时定位系统有一台交换机（HUB）、若干台接收器（Sensor）、至少一个参考标签（ReferenceTags）和若干个定位标签（DartTag）用于跟踪人员或设备。三、系统技术原理UWB实时定位系统使用短脉冲超宽频技术可以精确定位一个超宽频无线射频识别技术(RFID)标签（UWB标签）。原理如下:每个UWB系统的定位标签反复发出脉冲数据包，这个数据包是由一串超宽频脉冲组成的。由于这些标签是不同时发送和每个标签发送的时间极短,持续不断的数据包碰撞概率是很小的，所以，在同一地区可以处理几百个到几千个定位标签；UWB实时定位系统的接收器（Sensor）接收定位标签发送出来的脉冲数据包。接收器通常部署在定位区域的边缘。三个接收器或以上可以精确进行二维定位，四个接收器或以上可以精确进行三维定位。如果只有一个接收器，可以用来做靠近测试；每一个UWB定位系统的接收器使用高度敏感、高速度、短脉冲的监听器来测量每个脉冲数据包到达其天线的精确时间。超宽频脉冲极宽的带宽使得这些接收器测量脉冲数据包到达的时间可以精确到纳秒级。UWB系统的中心交换机根据参考标签(ReferenceTag)的坐标、脉冲数据包到达各个接收器的时间差和一个多路径算法，精确的确定一个定位标签（DartTag）的位置。四、系统规格UWB实时定位系统定位模式通过计算时间差和一个多路径算法来确定精度定位精度30厘米每台交换机支持的最大接收器数量64台每台接收器对高速数据的吞吐量1.5Mb/s第一台接收器到交换机的端口最长连线300米每个菊花链上支持的最大接收器数量8台每台交换机支持的最大参考标签数量32个每个标签的数据最高发射次数200次/秒五、系统设备介绍1、交换机（HUB）；2、接收器（Sensor）；3、参考标签（ReferenceTag）；4、定位标签（DartTag）。1、交换机（HUB）交换机正面交换机背面1、交换机（HUB）型号UWH-1100工作温度0ºC~40ºC尺寸35.6cmx22.9cmx8.9cm重量1.64kg电源100–240VDC50/60Hz;2.5A端口1、电源2、RJ45以太网端口3、8个RJ45接收器端口(时钟,数据&传感器电源)4、RS232串口交换机规格参数1、交换机（HUB）交换机（HUB）的作用：1、通过POE供电（PoweroverEthernet，48VDC）为接收器提供直流电源；2、同步每个接收器上的时钟，即时钟同步功能（NetworkTimeProtocol）；3、为用户提供系统配置界面（GraphicalUserInterface），并且为客户端读取位置信息提供通讯端口。1、交换机（HUB）交换机上的软件运行在一个内置的Linux操作系统上，交换机需要接入一个100-240伏的交流电源，通过屏蔽网线为接收器供电，同时给接收器发送一个时钟源和串行通讯数据。当从屏蔽网线比较长的时候，在接收器需要加一个外部电源。一个交换机最多支持连接64个接收器。同时为到达良好的定位效果，必须使用屏蔽网线和屏蔽接头去连接交换机和接收器。1、交换机（HUB）交换机（HUB）的正面有8个端口，每个端口用屏蔽网线通过菊花链首尾相连的方式，最多连接8台接收器，一台交换机可以总共可以连接64台接收器。每个端口到第一个接收器的网线连接最长为300米，往下每个接收机之间的距离最长为100米，如下图所示：1、交换机（HUB）交换机（HUB）连接到网络时，所使用的网络端口及作用如下：端口号功能80进入UWB实时定位系统的配置界面123网络时间协议，提供时间同步（NetworkTimeProtocol)161简单网络管理协议（SimpleNetworkManagementProtocol)5110系统管理,配置和诊断界面5111系统状态界面5117定位数据发送端口5120系统更新功能2、接收器（Sensor）接收器的中心频率为6.55GHz，频率的范围是6.35~6.75GHz，包含一个天线和电路检测从定位标签发出的脉冲数据包中的信息,并通过屏蔽网线将数据传送到交换机。接收器的作用：1、接收定位标签传送过来的数据信息；2、传送48VDC电压和时钟信息。2、接收器（Sensor）接收器背面包括两个RJ45接口,如下图所示,一个连接到上一个接收器或交换机的端口（标有IN的RJ45接口）和另一个连接到下一个接收机(标有OUT的RJ45接口)。当接收器连接到电源时两个灯亮,当数据读取时接收器黄色的灯闪烁。当数据量太大时，黄灯闪烁的速度太快而可能不会被看到。接收器需要大约35mA的电流/48VDC，这是上一个接收器或交换机提供的；接收器都有唯一的ID号，便于在UWB定位系统中进行配置，这个ID号是写在接收器里边的。2、接收器（Sensor）接收器（Sensor）的类型：1、高增益（HGhighgain）接收器，覆盖角度为40度，最远覆盖距离为150米左右；2、中增益（MGmid-frequencygain）接收器，覆盖角度为75度，最远覆盖距离为100米左右；3、低增益（全向）接收器，覆盖角度为360度，最远覆盖距离为30米左右；2、接收器（Sensor）高增益中增益全方位型号UWC-1100UWC-1200UWC-1300频率范围6.35~6.75GHz6.35~6.75GHz6.35~6.75GHz天线增益14dBi7.5dBi4.5dBi环境/物理变量工作温度-40ºC~70ºC-40ºC~70ºC-40ºC~70ºC环境等级IP40IP40IP40尺寸15.5x6.4x7.1cm15.5x6.4x7.1cm25.4x6.4x7.1cm注：IP40代表防尘等级为4，防水等级为0（无防护）；防尘等级4：防护1.0mm直径和更大的固体外来体，使用探测器，球体直径为1.0mm,不应完全进入；防水等级0：设备在正常使用时尽量不要沾水。接收器规格参数3、参考标签（ReferenceTag）每个UWB实时定位系统至少需要一个参考标签，作为计算定位标签位置的参考标记和同步传感器内的计数功能。我们可以用一个普通的定位标签来作为参考标签。参考标签必须放在固定的位置，并且至少被直接连接到交换机上的接收器看到，每个接收器至少能看到一个参考标签，每个参考标签要有多个接收器直接看到，参考标签的数量越少越好，但至少有一个，参考标签在区域中的位置是精确可知的。4、定位标签定位标签通过超宽频和接收器进行无线通信，定位标签的中心频率为6.55GHZ。定位标签通过一个电压为3V的电池供电，其电池寿命与定位每秒发出数据的次数相关。目前有以下两种定位标签：1、跟踪设备的标签（也称资产标签）2、跟踪人员的标签（也称悬挂标签）每个定位标签默认是每秒发出一个超宽频脉冲数据包，最高的是200次/秒。一台交换机可以在每秒钟处理3500个定位标签；标签发射率电池寿命10秒1次8年5秒1次8年2秒1次8年1秒1次7年1秒5次1年六、定位数据格式中心交换机（HUB）具有一个独立的IP地址（默认设置为：192.168.1.203），并且通过端口5117将数据传送出来，数据格式如下：DataHeader,tag#,X,Y,Z,battery,timestamp,unitLF六、定位数据格式参数说明:DataHeader：表示标签的维数信息，包括：R:用于计算X,Y,Z的有效3D计算数据。3D计算需要至少4个接收器才能成功完成软件计算。T:用于计算X,Y的有效2D数据。至少需要三个接收器才能计算X,Y的位置数据。O:用于计算X,Y的估算2D数据。当只有两台接收器时才能产生计算。P:存在指示数据。用来表明一个标签可以被一个接收器探测到。当“PresenceDetection”标记勾选时，并且当检测到小于“Min_unit”的接收器数量（比如，位置计算信息不充分）或者1D、2D或3D数据计算不成功时，存在指示数据才会发送。D:诊断数据包。诊断数据包包括一些可选的错误和警告信息，在初始化配置和系统的监控过程中是有用。六、定位数据格式tag#：标签ID。X,Y,Z：除了“P”类型的数据，根据用户提供的坐标原点，用米制或者公制计算标签坐标，主要用于“R”“T”“O”数据类型。在P数据类型里代表可以探测到该标签信号的接收机坐标；battery：标签的电量指标。这个值的范围是0~15。15代表满电。timestamp表示交换机处理数据的时间。时间戳的格式是数据计算的UNIX时间，日，年。从1970年1月开始过去的秒数，可以精确到纳秒；unit：除了“P”数据，一般是一个虚拟组的ID。在虚拟组中标签位置数据是从接收机的飞行量测的时间计算的。在“P”数据中，这个值是探测到传输信号的接收机ID；LF：线路供应字符，用来中止一个位置数据的字符串（可理解为结束符）。七、系统配置用网线连接到UWB系统的交换机，安装java环境支持，然后从浏览器里面进入（默认出厂设置），点击Administration，显示主配置界面：七、系统配置网络参数配置界面：七、系统配置接收器和参考标签配置：七、系统配置接收器连接状态图：七、系统配置接收器的三种状态：谢谢