UWB定位系统概述

超宽带(UWB)是射频应用技术领域的一项重大突破。Ubisense 公司利用该技术构建了革命性的实时定位系统(RTLS)，该系统能够在传统的挑战性应用环境中达到较高的定位精度，并具有很好的稳定性；而诸如RFID 、WiFi 的技术并不能完成该类应用。

Ubisense 系统高达15cm 的3D 定位精度，使得用户能够完成一系列的新型应用。例如：

设备的精密时间与空间定位，如在仓库中将货物、设备的位置信息与条形码扫描仪的数据相结合； 在仓库中将叉车放置货物时车叉的位置数据与货盘或垫板的ID 数据结合，实现货盘中货物的定位； 物体间关联信息自动检测，如在无需人工输入情况下，检测出相似于某特别类型的小车或其他模型，并选择正确的程序来驱动这个自动机械工具； 在汽车制造厂最后的质量检测段，进行车辆的识别与定位；

监控紧急状况中雇员是否已经到达指定区域；或决定是否真正缺人并需要外协；

Ubisense 系统通常能够在12个月以内快速回收投资，这是因为系统产生的数据能给那些不直观、不真实的复杂工作过程提供一定的透明度；当Ubisense 系统嵌入到生产过程后，它能够为工人提供清晰的位置信息，降低了由人为错误引发的损失，同时也减少了任务的执行时间。这最终使得企业改进了生产品质，并降低了生产成本。 Ubisense 7000系统

系统包含三部分：电池供电的活动标签，能够发射UWB 信号来确定位置；位置固定的传感器，能够接收并估算从标签发送过来的信号；以及综合所有位置信息的软件平台，获取、分析并传输信息给用户和其他相关信息系统。

在该系统中，标签发射极短的UWB 脉冲信号，传感器接收此信号，并采用综合的测量手段来计算标签的位置。由于采用了UWB 技术，加上Ubisense 独特的传感器功能，确保了较高的定位精度和室内应用环境的可靠性，而通常这些室内应用极具挑战性：墙壁和金属物的反射，导致较强的多路径效应。传感器通常按照蜂窝单元(Cell)的形式进行组织，典型的划分方式是矩形单元，附加的传感器根据其几何覆盖区域进行增加；每个定位单元中，主传感器配合其他传感器工作，并与单元内所有检测到位置的标签进行通讯；通过类似于移动通讯网络的蜂窝单元组合，能够做到较大面积区域的覆盖；

标签的位置通过标准以太网线或无线局域网，发送到定位引擎软件；定位引擎软件将数据进行综合，并通过API 接口传输到外部程序或Ubisense 定位平台，实现空间信息的处理以及信息的可视化；由于标签能够在不同定位单元(Cell)之间移动，定位平台能够自动在一个主传感器和下一个主传感器之间实现无缝切换。在建立系统时，需要对整体的多单元空间结构指定3D 参考坐标系。当标签在参考 坐标系内的多个单元中移动时，可视化模块能够实时显示标签位置。

在实际的应用中，有诸多的方法可供选择，以设计出满足应用需求和物理环境的系统。如：定位区域的几何划分，不同区域的定位精度要求，哪些物体附着定位标签，哪一种速度是正常的，期望物体间产生何种的操作与交互行为，哪些是固定或未加标签的物资，电池寿命的需求，供电的方式或以太网通讯的方式，与其他RF 系统的融合，等等。

Ubisense 和授权代理商均提供该系统的相关设计服务。

Ubisense标签(Tag)

7000系列定位系统提供2种定位标签。它们针对不同的应用设计，并有不同的性能。这两种标签均能够达到15cm 的3D定位精度，并且提供达每秒20次的位置数据刷新率。标签带有数据存储器，能够用来存储诸如识别码的数据。

所有的标签均有UWB信号发射器，以及一个板载的2.4Ghz ISM频段的双工射频传输设备。双向射频设备用来传输传感器与标签之间的控制信息。传感器可以控制标签

只发射UWB信号，而UWB信号的发射以及标签数据的刷新率均由传感器来驱动。这种动态的数据刷新方式，使得标签可根据其速度和应用的要求，仅在需要时发射信号，节省了电池的能量。如果标签是固定的，它将以较低的速率进行数据刷新，直到板载震动传感器检测到标签的移动，并立即激活标签进行信号的发射。标签以低于1mW的极低功率发射UWB脉冲，这降低了UWB系统对其他RF系统的干扰，并能够延长电池的使用寿命。如：在以5秒每次的持续数据刷新状态下，电池能够使用5年。细长型标签和紧凑型标签能够采用工业级外壳包装，具有抗机械性损伤，防尘、防湿的特性。Ubisense 同时也提供温度范围扩展型的标签产品。

细长型标签设计用于人员的携带或者固定于物体上。它带有2个可编程按钮，例如，可用于打开或锁上附近的远程控制门；同时带有2个LED灯，以及一个蜂鸣器，能够由应用程序激活而提供信息反馈：当众多的工人聚集在一起时，能够通过指定的标签来识别某一个工人，或者当一个工人进入危险区域时，提供听得见的声音报警信息。

紧凑型标签设计用于工业环境，并能够轻松通过多种附着方式，安全地固定于各种物体上。它具有一个按钮和一个LED灯，能够与应用程序进行双向的交互。

7000系列传感器

传感器是非常灵敏的检测装置，能够可靠地检测标签发出的低功率UWB脉冲，同时可以区别反射信号和直射信号。每个传感器采用特殊的天线阵列，测定发射过来的UWB信号到达角度；若先设定标签在空间坐标系中Z轴的高度，信号传感器就能够测定其具体的位置。对于测定最近的几米位置，并且标签固定于相对较大，如拖车、小汽车等物体上，这种操作模式是非常好的高效方式。

相对于单个传感器对特定标签进行定位的模式，两个传感器能够测出精密的3D位置信息，大大提高了定位精度。如果两个传感器进一步通过时间同步线连接起来，而采用到达时间差(TDOA)的定位方式，3D定位的精度将达到15cm。单个传感器AOA定位方式和TDOA定位方式的结合，使系统达到不同的定位精度水平；Ubisense系统这种独特的能力，为设计高效的解决方案提供了较大程度的灵活性。

越多的传感器接收到标签所发出UWB信号，就有越多的测量手段来测定精确的位置。这种冗余的设计是工业场合可靠工作的关键因素。即使UWB脉冲信号在某些方向上被人、金属、液体物质等遮挡，至少有两个传感器能够接收到信号并实现3D定位的概率也会大大增加。