UWB超宽带室内定位方案介绍

具体应用
• 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
24
• 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。
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。
10
较大系统的基站布局(TDOA)
11
应用场景基站布置
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。
12
UWB定位系统框图
有线数据网络 无线定位网络
定位服务器
3
UWB（超宽带）特点
截获率/侦测率低
功率谱密度小
UWB
消耗功电耗能低小
抗抗干干扰扰性能能力强强
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。 传传输输速速率率高高 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）。
◆ UWB Transceiver IC:DW1000 –IEEE 802.15.4-2011 UW compliant –Supports 4 RF bands from 3.5 GHz to 6.5 GHz –Programmable transmitter output power –Fully coherent receiver for maximum range –Data rates of 110 kbps,850 kbps, 6.8 Mbps –Maximum packet length of 1023 bytes for high data throughput applications –Integrated MAC support features Supports 2-way ranging and TDOA
呈现服务器
数通网络设备
数据服务器
GIS
有线UWB基站
有线UWB基站
有线UWB基站
标签Tag 标签回传定位数据
13
UWB实时定位系统
14
UWB实时定位系统功能介绍
人员／设备定位
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。
设备点巡检
对设备定期的点巡检，实时的监控， 及时的反馈异常数据。
轨迹回放
U定WB位基基站站
数据接口
电源接口 覆盖范围 工作频段 防护等级 功耗
室外基站——抱杆 100M标准以太网接口 2.4G Wi-Fi 48V POE/电源适配器 室外半径100米 6.5G IP66 ≤1W
室内基站（简易）——吸顶
数据接口
100M标准以太网接口 2.4G Wi-Fi
电源接口
UWB定位原理（TDOA)
TDOA，Time Difference of Arrival，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。
P1
P1 P2
B
P2
P3
P3
9
最小的UWB定位单元(TDOA)
定位现在 连接未来
UWB（超宽带）室内定位方案介绍
深圳市天工测控技术有限公司 Skylab M&C Technology Co., Ltd
2018-3-19
1
什么是UWB(超宽带）？
• 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。
基站进行测距定位。
7
UWB定位原理（T源自文库A)
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。
Time of fly
Time of fly
Time of fly
Time of fly
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≤30cm
设设备备稳稳定定性性强强
防水
防尘
防雷
耐低 温
防爆
耐高 温
IP67，Ingress Protection，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，Ingress Protection，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）。
TOA，Time of Arrival，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。
P1 P2
P3
➢ 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。
2
UWB基本介绍
• 兼容IEEE802.15.4-2011 UWB标准 • 支持6个RF频段，从 3.5 GHz到 6.5 GHz • 发射功率可以通过软件调整 • 兼容FCC & ETSI(European Telecommunications Standards Institute)
UWB 频谱屏蔽 • 数据速率为110Kbps, 850Kbps, 6.8Mbps
48V POE/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
≤1W
UWB标签
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：1Hz 1.5个月 TWR 防拆：支持防拆
• 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, Impulse Radio)。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。
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。
UWB模块（SKU603）
◆ CPU:GD32F130G8U6 –Core: ARM ® Cortex ® -M3 RISC core –48MHz maximum frequency –Single-cycle multiplication and hardware division –64 KB on-chip Flash memory –up to 8 KB SRAM memory –one 12-bit ADC –up to five general-purpose 16-bit timers, a general-purpose 32-bit timer
行为轨迹
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。
危险告警
危险区域，要能够提醒访客和其 他非相关人员不要靠近。
15
电子围栏功能
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。
危险区域 安全区域
dangerous
◆ Communication Interfaces –UP to 2 USARTs –I2C –Serial Wire JTAG Debug Port
22
软定件位接软口件
➢ 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。
21
UWB模块（SKU603）
◆ Accelerometer: LIS2DH12 –Ultra-low power consumption down to 2uA –±2g/±4g/±8g/±16g selectable full scales –“Sleep-to-wake” and “return-to-sleep ”functions –Motion detection –Free-fall detection
带带宽宽极极宽宽
4
IEEE802.15.4-2011 UWB 频段
5
UWB三种定位方式
TWR(Two Way Ranging) 双向测距
双向测距
Time of Flight 飞行时间
三角定位
Time Difference of Arrival 飞行时间差
P1 P2
B
P3
多点定位
6
UWB定位原理（TOA)