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室内高精度定位:UWB信道最合适

2022-05-26
来源:四相科技

目前,在工业互联网4.0数字化转型中,很多工业企业开始注重智能化管理体系,运用高精度数据分析已成为业务战略的重要驱动力。四相科技UWB三维定位可视化平台作为全新的人员定位管理平台,充分利用移动互联网、物联网、云计算、大数据等新一代信息技术,改变传统企业人员安全管理模式,提供高精度人员定位安全管理信息化解决方案。

在我们观察中发现,在UWB定位的专利中,2014-2017年相关专利数量开始增加,并在2018-2020年达到顶峰,而这之后各种融合定位方式通过低成本高精度的方式获得市场的认可,可以说UWB定位产业现在非常火爆。

UWB定位方式

UWB对于UWB定位而言,分为0维、1维、2维以及3维定位。室内二维空间定位需要 3 个及以上基站,室内三维空间定位需要 4 个及以上基站,定位基站需要布置在50-100m 内,保证任何区域都能有四个定位基站接收到定位标签发射的信号(基站也不能在同一个平面内)。

UWB三维定位常见的定位方法

常见的定位方法有TOF、AOA、RSSI、TOA、TDOA下面是几种方法的对比,对于UWB定位,TOA和TDOA是最常见的方法。

TOF算法用于UWB定位给系统测距时,嵌入式软件实现难度大,对定位标签较少情况能够简单实现定位,当标签数量增加,对硬件设备的要求很高,定位精度较低。

同时,TOF测距方必须满足两点:发射信号模块和接收信号模块时钟必须始终同步;接收模块记录信号传输的时间。要实现待测目标的定位,至少需要得到待测目标到3个不同的固定点的距离。

AOA定位原理简单,即信号到达角度测距,通过信号与基站的相对角度得出定位给标签和基站之间的相对方位或相对角度,AOA定位的优点就是直接测量信号的到达的方向角度进行估计,特别是在三维室内空间定位中,AOA定位给就很合适。

角度测量过程容易受复杂环境影响.例如:噪声、非视距传播造成的误差等,因此到达角度估计值存在误差,只能定出定位标签的大致位置,同时对于天线要求太高,增加了基站的制作成本,AOA只适合结合其他测距方法进行定位,例如,UWB+AOA定位方式就可以解决复杂场景的不同精度需求,实现整体成本降低的效果。

RSSI即接收信号强度法,基站测量定位标签发射信号的能量强度,能量强度的大小于标签距离的远近成正比。但是,RSSI算法容易受到多径效应及非视距环境等因素的影响,同时没有发挥UWB超宽带的特点,所以给予信号强度法不适合用于UWB室内三维定位。

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TOD和TDOA是目前使用最多的定位算法,适合UWB信道。

使用TOA测距,即信号到达时间定位,定位标签与基站时钟必须完全同步,在实现过程中存在很大的困难。而它们的技术难点就在于,设备进行时间同步来满足所有的参考时间为同一个时间点

使用TDOA测距,即信号到达时间差测距,只要求基站时钟必须完全同步,降低了硬件设备的制作成本,适合用于UWB室内三维定位。

TDOA算法消除了TOA算法的弊端,只需要保证定位基站间的时钟精确同步,可以使基站的制作成本降低,TDOA算法使用单程测距就能获得距离信息,奸杀了硬件设备的成本,是目前使用最多的测距算法。

UWB三维定位解决方案

四相科技采用最新的三维虚拟仿真技术,将场景中所有的设施绘制成对应的三维图形,并与实际场景坐标系对应,人员位置结合实时定位,将把进站所有人员虚拟实景地全部展现出来。

三维虚拟仿真技术可以将现场实景和状态可视化展示出来,且延迟时间低,真实地展现人员所在位置,确保人员安全。三维仿真技术亦可对接现场设备运行状态,将设备的运行状态可视化展示。




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