技術(shù)盛宴|淺談UWB室內(nèi)定位技術(shù)技術(shù)背景隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)處理能力的提高，基于位置的服務(wù)成為最有前途的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)之一。無論移動在室內(nèi)還是室外環(huán)境下，快速準確地獲得移動終端的位置信息和提供位置服務(wù)的需求變得日益迫切。通信和定位兩大系統(tǒng)正在相互融合、相互促進。利用無線通信和參數(shù)測量確定移動終端位置，而定位信息又可以用來支持位置業(yè)務(wù)和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)管理，提高位置服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)性能。所以，在各種不同的無線網(wǎng)絡(luò)中快速、準確、穩(wěn)定地獲取移動位置信息的定位技術(shù)及其定位系統(tǒng)已經(jīng)成為當前的研究熱點。無線定位技術(shù)領(lǐng)域可分為廣域定位和短距離無線定位，廣域定位可分為衛(wèi)星定位和移動定位；短距離定位主要包括WLAN、RFID、UWB、藍牙、超聲波等。當前應用的主要無線定位技術(shù)與無線定位測量方法的關(guān)聯(lián)狀況如下圖：無線定位技術(shù)與定位測量方法關(guān)聯(lián)示意圖與室外環(huán)境相比，在室內(nèi)環(huán)境中感測位置信息并且需要非?？捎^的精度是極具挑戰(zhàn)性的，部分原因是各種物體反射和信號的分散導致。而UWB（UltraWideBand）是室內(nèi)定位領(lǐng)域的一項新興技術(shù)，與其他定位技術(shù)相比，它具有更好的性能，更高精度，更適用于室內(nèi)定位。UWB定位技術(shù)概述UWB超寬帶技術(shù)與傳統(tǒng)通信技術(shù)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(lǐng)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。超寬帶系統(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，超寬帶技術(shù)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。但是成本比較昂貴，網(wǎng)絡(luò)部署復雜。室內(nèi)環(huán)境中的常用無線定位測量方法無線定位測量方法是指分析接收到的無線電波信號的特征參數(shù)，然后根據(jù)特定算法計算被測對象的位置（二維/三維坐標：

經(jīng)度，緯度，高度）。常用的室內(nèi)無線定位測量方法如下：基于AOA（AngleofArriva,到達角度定位）的定位算法基于TOA（TimeofArriva,到達時間定位）的定位算法基于TDOA（TimeDifferenceofArriva,到達時間差定位）的定位算法基于RSS（ReceivedSignalStrength,接收信號強度定位）的定位算法節(jié)點的位置。在基于RSS的算法中，無線信號傳輸過程中的多徑效應和通過障礙時產(chǎn)生的陰影效應是產(chǎn)生定位誤差的主要原因。在開放空間里，若無障礙物的阻隔，可以得到較為精確的定位，而在很多環(huán)境下，因為存在各種各樣的障礙物導致的多徑效應，衰減，散射等等不確定因素，將大大影響其定位精度。另外，基于RSS的算法與其他算法相比也具有一些優(yōu)勢，在基于RSS的算法中，移動標簽僅用作接收器，因此依賴于來自多個發(fā)射器的接收信號的強度來找到它們的位置。以這種方式，基于RSS的算法傾向于具有較少的通信流量，這有助于改善信道訪問控制和定位準確性。此外，較少的通信流量有助于克服對使用中的標簽數(shù)量的限制。移動標簽只是接收器，數(shù)量沒有限制?；赗SS的算法可以分為兩種主要類型：三邊測量和指紋識別。三邊測量算法使用RSS測量來估計到三個不同參考節(jié)點的距離，從而估計當前位置。另一方面，指紋識別需要收集場景RSS指紋的數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集則用于將在線測量與數(shù)據(jù)集中最接近的指紋匹配用以估計位置?；旌隙ㄎ荒壳?，混合定位已成為新的無線定位主流。混合定位的核心思想依賴于可靠的短程測量的使用，以提高無線系統(tǒng)的位置估計的準確性。用已經(jīng)實現(xiàn)了基本獨立的無線定位測量方法（RSS、TOA、TDOA、AOA等）的不同組合來增強位置估算的準確性。UWB所采用的定位測量方法對于UWB定位而言，AOA不如其他算法實用。此外，AOA需要傳感器之間的大量合作，并且會受到誤差累積的影響。雖然AOA具有可接受的準確度，但對于具有強散射的UWB信號而言其功能較弱。另一方面，RSS算法相對于其他算法沒有有效地利用UWB的高帶寬。RSS更適合使用窄帶信號的系統(tǒng)。而TOA算法在基于UWB的系統(tǒng)等寬帶系統(tǒng)中表現(xiàn)更好。使用RSS算法，在提高可實現(xiàn)的準確度的意義上，對大帶寬沒有積極影響。與提供高精度的時間方法相比，這使得RSS方法的使用效率降低。關(guān)于在二維空間中的定位，TDOA算法需要至少三個適當定位的基站，而AOA算法僅需要兩個基站用于位置估計。就準確性而言，當目標物體遠離基站時，角度測量中的微小誤差將對準確性產(chǎn)生負面影響。TDOA和AOA定位算法可以組合在一個算法中，它們可相互補充，這種算法具有實現(xiàn)高定位精度的優(yōu)點。由于UWB信號的高時間分辨率，TOA和TDOA相對于其他算法具有更高的準確度。對目前UWB定位來說最有效的解決方案是采用TOA與TDOA的混合定位算法，因為結(jié)合了兩種算法的優(yōu)點?？偨Y(jié)室內(nèi)定位技術(shù)眾多，各種技術(shù)都有自己的局限性，彼此間又在一定程度上存在互相競爭。高精度室內(nèi)定位技術(shù)均需要比較昂貴的額外輔助設(shè)備或前期大量的人工處理，這些都大大制約了技術(shù)的推廣普及。低成本的定位技術(shù)則在定位精度上需要提高。在提供高精度定位的基礎(chǔ)上降低成本也是室內(nèi)定位的一個方向。未來的趨勢一定是多種技術(shù)融合使用，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，以面對復雜環(huán)境。其中成本越低、兼容性越好、精度越高的技術(shù)越容易普及。下圖是UWB與其他常用室內(nèi)定位技術(shù)之間的比較。常用室內(nèi)定位技術(shù)之間比較寫在最后在工業(yè)4.0的物聯(lián)網(wǎng)體系中，關(guān)鍵位置定位信息，是工業(yè)信息智能化的重要組成部分，解決的是4.0時代工業(yè)現(xiàn)場供應鏈組件、生產(chǎn)設(shè)備、調(diào)度車輛與操作人員精確定位的問題，是對生產(chǎn)組織過程進行智能分析、科學決策的前提條件。銳捷網(wǎng)絡(luò)人員資產(chǎn)定位管理方案通過融合感知級別的無源RFID應用、米級定位的有源RFID應用、亞米級定位的UWB超寬帶應用和銳捷物聯(lián)網(wǎng)平臺，提供一套軟硬件綜合應用解決方案。可實現(xiàn)實時定位、人員資產(chǎn)分布、歷史軌