超寬帶UWB室內(nèi)定位技術(shù)簡(jiǎn)介
UWB技術(shù)用于室內(nèi)定位較之 WiFi,、ZigBee、RFID等優(yōu)勢(shì)突出,，前景相當(dāng)樂觀,，尤其適合室內(nèi)高精度跟蹤定位。這是因?yàn)閁WB 是以極窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)的短距離無線載波通信技術(shù),，由于抗干擾,、低功耗、低截獲,、強(qiáng)穿透等優(yōu)點(diǎn),，尤其適合室內(nèi)高精度定位，使用時(shí)對(duì)UWB參考點(diǎn)與移動(dòng)目標(biāo)上的UWB 標(biāo)簽進(jìn)行距離,、時(shí)間的解算,，從而可獲得厘米級(jí)的精度，該技術(shù)廣泛用于工廠定位,、交通樞紐,、物流管理、電力巡檢等領(lǐng)域,，市場(chǎng)空間巨大,。UWB 技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，三維地圖形成協(xié)同,，更是有望涉足智能家居,、可穿戴設(shè)備市場(chǎng)，可預(yù)見超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)的智能化將是必然趨勢(shì),。
無線定位系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)精確定位,，首先要獲取定位解算所需的參數(shù)信息，然后構(gòu)建相應(yīng)的解算模型,，根據(jù)這些參數(shù)信息和模型求解定位目標(biāo)的準(zhǔn)確位置,。UWB 具有超高的時(shí)間和空間分辨率保證式可以準(zhǔn)確獲得待定位目標(biāo)的時(shí)間和空間信息，時(shí)間信息可以轉(zhuǎn)化為距離信息,，最終求得待定位目標(biāo)的位置,。
基于 UWB 的定位技術(shù)通常采用測(cè)向和測(cè)距來實(shí)現(xiàn)定位,，按照其測(cè)量參數(shù)的不同可以外為3種方法：基于接受信號(hào)強(qiáng)度 （Received Signal Stength, Rss）的檢測(cè)方法、基于到達(dá)角度（Angle Of Arrival, AOA）估計(jì)的檢測(cè)方法和基于到達(dá)時(shí)間（Time/Time Difference Of Arrival, TOA/TDOA） 估計(jì)的檢測(cè)方法,。
3種常用的UWB定位方法中基于A0A的檢測(cè)方法屬于側(cè)向技術(shù),，需要多陣列天線或波束形技術(shù)等，增加了系統(tǒng)成本,，而且定位的精度也取決于波到達(dá)角度的估計(jì),；基于RSS 的方法則依賴于線路損耗模型，精度和節(jié)點(diǎn)間的間距密切相關(guān),，對(duì)信道的環(huán)境極為敏感,，魯棒性較低；和前兩種方法相比,，基于 TOA/TDOA 的檢測(cè)方法是通過估計(jì)信號(hào)到達(dá)時(shí)延或時(shí)延差從而來計(jì)算發(fā)射與接收兩端的距離或距離差,，這種方法充分利用了超寬帶信號(hào)高的時(shí)間分辨率，能體現(xiàn)超寬帶在精確定位方面的優(yōu)勢(shì),，在目前的研究中受到較多的關(guān)注,。
典型的超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)如圖所示，該系統(tǒng)采用基于 TDOA 的檢測(cè)方法,。系統(tǒng)主要由標(biāo)簽（Tags）,、接收機(jī)和中心處理器三部分構(gòu)成，每個(gè)接收機(jī)都與中心處理器相連,，它們都被固定在已知的位置,，并且接收機(jī)到處理器的傳輸時(shí)延已知。標(biāo)簽在空間的位置是未知的,，每隔一段時(shí)間標(biāo)簽就發(fā)送一次定位信號(hào),。系統(tǒng)簡(jiǎn)化的工作流程如下：
（1）標(biāo)簽向接收機(jī)發(fā)送定位信號(hào)。
（2）各個(gè)接收機(jī)檢測(cè)到標(biāo)簽發(fā)送的定位信號(hào)并將其發(fā)送給中心處理器,。
（3）中心處理器收到傳輸?shù)臅r(shí)間差,，通過某種特定的算法，就可推算出標(biāo)簽的位置,。
標(biāo)簽發(fā)射電路的時(shí)鐘讀出存儲(chǔ)器中的偽隨機(jī)調(diào)制編碼信息,，用來控制調(diào)制電路中脈沖間隔的變換。經(jīng)過偽隨機(jī)碼調(diào)制的時(shí)鐘序列激勵(lì)窄脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生窄脈沖,，然后通過天線發(fā)射出去,。在某些特殊的場(chǎng)合要求較高的探測(cè)距離，則需要在窄脈沖產(chǎn)生器的后端連接脈沖放大電路,，對(duì)脈沖進(jìn)行放大,，之后再利用天線輻射向室內(nèi)空間。UWB 接收機(jī)在系統(tǒng)時(shí)鐘的控制下接收標(biāo)簽電路發(fā)射的 UWB信號(hào),。由于電磁波在輻射的過程中,，會(huì)混雜入各種噪聲和其他干擾信號(hào),，所以,，必須將無用信號(hào)過濾出去,，得到包含有用信息的信號(hào)。其次,，因?yàn)槊}沖的寬度極窄,，必須先對(duì)接收到的信號(hào)等效采樣，然后才能進(jìn)行篩選,，提取有效信息,。最后經(jīng)過中心處理單元特定的定位單法，得到精確的標(biāo)簽位置信思,。簡(jiǎn)而首之,，超黨帶定位素統(tǒng)熊是產(chǎn)生、發(fā)射,、接收和處理極窄脈沖信號(hào)的無線電系統(tǒng),，而定位標(biāo)簽在整個(gè)系統(tǒng)的功能是產(chǎn)生和發(fā)射定位信號(hào)，是超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)的基礎(chǔ),，在整個(gè)系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位,，因此，研究和設(shè)計(jì)出性能良好的超寬帶定位標(biāo)簽對(duì)超寬帶室內(nèi)定位系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義,。
聲明：內(nèi)容僅做學(xué)習(xí)交流
