信息采集技术

UWB前景展望
采用UWB进行无线定位，可以满足未来无线定位的需求，在众多 无线定位技术中有相当大的优势，目前的研究表明超宽带定位的精度 在实验室环境已经可以达到十几cm。此外，超宽带无线电定位，很容 易将定位与通信结合，快速发展的短距离超宽带通信无疑将带动UWB 在定位技术的发展，而常规无线电难以做到这一点。虽然无线精确定 位技术已有了多年发展，但目前超宽带技术正处于发展初级阶段，精 确定位技术的商业化正在进行之中，定位算法还有待改进。
技术优势 iLocateTM 仓储物流系统是近两年的最新科技成果，具有传统定位技术无
法相比的优势： • 支持2D/3D 定位，在3D 模式下，定位精度达到15cm • 能够实时监控指定仓库的货物位置信息，并通知监控中心后台 • 蜂窝状子区域定位管理，能够覆盖无限空间范围内的人、物 • 能对货物的出入库信息、摆放位置、运输路线等进行监控与统计 • 能对人员的操作过程、货物调度管理等数据进行分析 • 根据客户的需求，生成并存储各种数据，为后续的货物、人员信息提供 参考依据
大的难题。
UWB国外研究现状
美国 AETHERwIRE&LOcATIoN开发的Localizers室内定位系统。该系统是 通过待定位的超宽带接收机和几个参考定位的收发信机之间进行脉冲通信，通 过监测信号中携带的伪随机码的时延来判断到不同参考点的距离。
Loealizers两点间最大距离30一6Om，测距精度为1cm，公司对 Loealizers节点的估计是体积 8mm2，价格50美分，功耗30uW。
我国的相应要求已由工信部无[2008]354号文发布，在中国的UWB应用 必须严格遵循其相关要求，对2010年后的应用来讲，及时开发自适应信号 感知检测与干扰避让的DAA技术尤为重要。
唐恩科技无线定位技术
iLocateTM 仓储物流类应用 iLocateTM采用超宽带射频技术，构建了革命性的实时定位系统(RTLS)，该 系统能够在传统的应用环境中达到20cm-30cm的3D定位精度，并具有很好 的稳定性；借助该系统，诸如仓储、物流企业用户能够完成货物的进出管 理、实时位置查询、贵重物资监管、管理人员调度等一系列应用。一些高 级用户甚至还可以根据监控记录分析出事故责任人，并提出改进管理办法。
Zigbee技术简介
ZigBee标准定义了三种设备:zigBee协调器、zigBee路由器、zigBee终端设备。 ZigBee协调器，可以看作是一个无线传感器网络的汇聚节点，是网络建立的
起点，负责ZigBee网络的初始化，确定个域网标识符和网络工作的物理信道，并 统筹短地址的分配。ZigBee协调器必须是全功能设备，并且一个ZigBee网络只有 一个ZigBee协调器。
UWB国外研究现状
Sapphire系统是由Multispeetral solutions公司开发的Uwb室内定 位系统。该系统由多个漫游器(其中一个作为参考)、至少4个接收 机和1个与计算机相连的控制中心
Sapphire的定位精度是0.3m，经过数据平滑后能达到0.lm，漫 游器的直径只有3cm，5s平均输出的信号强度只有5nw。
IEEE802.15.4仅仅定义了物理层和介质访问控制层，并不足以保证不同的设 备之间可以对话，于是便有了ZigBee联盟，ZigBee联盟定义了网络层、安全层、 应用层、以及各种应用产品的资料。
Zigbee技术简介
ZigBee具有下列特点: (l)数据传输速率低:10Kbps一250KbPs，可于低速率传输应用 (2)功耗低:在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用1-2年 (3)成本低:ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本; (4)网络容量大:网络可容纳65000个设备; (5)时延短:典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时 延为15ms; (6)网络的自组织、自愈能力强、通信可靠; (7)数据安全:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用的AES-128加密算法， 是目前最好的加密算法之一; (8)工作频段灵活:使用频段为2.4GHz、868MHz(欧洲)和915MHz(美国)，均为免执照 的频段; ZigBee具有以下缺点: (1)传输速率低，最高只有250KbPs; (2)处理数据量小，芯片处理能力弱 (3)存储容量小，目前最大扩展到128Kb:
•目前的UWB技术根据底层UWB信号的实现形式不同，可分为两大
类：
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• 一类是基于窄脉冲式的冲激类UWB，即不使用载波，而 是使用短的能量脉冲序列，并通过正交频分调制或直接 排序将脉冲扩展到一个频率范围内。称为直接序列 CDMAUWB（DS-CDMAUWB）方案。这个方案频谱利 用率高，可进行高精度定位和跟踪，抵抗多径衰落能力
以海尔集团和环旭电子集团为代表的中国企业在UWB技术产品开发 上走在了世界的前列，与Freescale半导体有限公司合作展示并推出了Uwb 高清电视和家庭媒体中心等产品和系统，这标志着中国的企业在高新技术 的应用开发领域正在迈向世界先进行列。
UWB技术应用
UWB的应用可以大致分为3类:通信、雷达/监视和跟踪、定位
(l)通信 UWB通信设备支持高速低功耗数据链路，并且在抗多径干扰机制 上有独到之处。UWB因此可用于楼内通讯系统、室内宽带蜂窝电 话、保密无线电和无线宽带因特网接入。 (2)雷达 高距离分辨率和宽频谱的结合使它具有精确的目标识别能力，能 获得复杂目标的细微特征。该系统所产生的信号穿透能力强。应 用主要有:探地雷达、穿墙雷达、安全监视、碰撞避免系统、工业 机器人控制。 (3)定位 在室内的大型仓储、医院和一些实验室环境下，对物品、病人和 相关实验器材进行精确的定位跟踪。在火灾地震灾难现场进行搜 救。
Zigbee技术简介
由路由器和 协调器、天 线、转换器
组成，
Zigbee终端，RFD 设备，获得网络标 识符和短地址等信
息
ZigBee在集装箱追踪系统中的应用
Zigbee 信息采集系统网络结构图
RFID技术简介
RFID技术
技术优点 • 非接触式读写，最远距离可达100米，可抗各种恶劣境 •可对运动物体读写，最高运动速度可达120km/小时 •读写过程无需人工干预，可完成白动信息采集 •极高的安全性，难于仿冒和篡改; •读写速率高，可同时读取多个标签; •信息存储量大，最高可达数十兆，适于存储各种交易事件记录、电子单证、图 像等信息。
应用领域 物流领域 零售业领域 食品加工流通领域 行政领域 交通领域 安全与认证领域 制造业领域 等等领域
Байду номын сангаас
UWB技术简介
• UWB技术最初是1960年美国作为军用雷达技术开发的，早期主要
用于雷达技术领域。
•该技术具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、被截获的 可能性低、系统复杂度低、厘米级的定位精度等优点。
UWB在定位问题中的应用
UWB定位技术属于无线定位技术的一种。 无线定位技术是指用来判定移动用户位置的 测量方法和计算方法，即定位算法。目前最 常用的定位技术主要有：时差定位技术、信 号到达角度测量（AOA）技术、到达时间定 位（TOA）和到达时间差定位（TDOA）等。 其中，TDOA技术是目前最为流行的一种方案， 除了用于GPS系统，在其他诸如AMPS和 CDMA系统中也广泛应用，UWB定位采用的 也是这种技术。
四个接收机的DTOA数据经 过延迟后送到便携式计算机 上进行处理，利用非线性最 优化算法来确定标识的三维 坐标。
UWB标准化
National
从国内来看，随着“863”研究计划进展，及UWB频率规划发布与中长期 新一代宽带无线移动通信网研究与产业化工作推进，涉及符合中国UWB 频率规划要求的DC-OFDM-UWB（双载波OFDM UWB）及利用MBOK （M-ary Bi-Orthogonal Key，M元双正交键控调制的SC-UWB）等标准化 研究与芯片开发研制工作亦在积极进行中。
UWB国外研究现状
美国Ubise公司开发的Unbise室内定位系统，该系统是由传感器和 漫游器组成，当一个漫游器有效时，它发射uWB脉冲和包含识别 符在内的传统RF信号，这被传感器用来确定漫游器的位置。
Unbise室内定位系统的精度是15 cm。漫游器的体积是 5.5cmx9cmx1cm，一节AAA电池可以供电1年，标准配置的Unbise 系统（4个传感器，6个漫游器)的售价约1400美元。
强，但频谱共享的灵活性较差，不利于与其他窄带系统 共存。
• 另外一类是基于调制载波扩频式的载波类UWB，提出的
设计方案叫多载波OFDMUWB（MB-OFDMUWB）方案，
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它采用OFDM技术传输子带信息，提高了频谱的灵活性， 但易造成较高的功率峰值与均值比（PAR），容易产生
对其他系统的干扰，因此解决干扰问题是该方案目前最
Zigbee技术简介
Zigbee技术是一种应用于短距离范围内的传输数据速率低下的各种电子设备之 间的无线通信技术。Zigbee过去又称为HomeRF Lite、RF-EasyLink或FireFly无线 电技术，目前统称为Zigbee技术。
Zigbee是基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的。并建立在此标准之上，它确 定了可以在不同制造商之间共享应用的纲要。
信息采集技术简介
内容概要
1 无成线都信地息区技环术境简分介析 2 无线信息技术案例
无线信息传输技术简介
目前使用较广泛的近距无线通信技术是蓝牙(Bluetooth)，无线 局域网802.11(Wi-Fi)和红外数据传输(IrDA)。 近距离无线通信技术分为高速近距离无线通信和低速近距离 无线通信两类。高速近距离无线通信最高数据速率＞100Mbit/s， 通信距离＜10m，典型技术有高速UWB、WirelessUSB；低速近 距离无线通信的最低数据速率＜1Mbit/s，通信距离＜100m，典 型技术有Zigbee、低速UWB、Bluetooth。 它们都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的 特殊要求;或着眼于功能的扩充性;或符合某些单一应用的特别要 求;或建立竞争技术的差异化等。但是没有一种技术可以完美到足 以满足所有的需求。
UWB定位实例
在沙漠风暴行动开始后，为解决战备后勤物资的定位问题，开始了 NATVPAL定位系统的研制工作， PAL系统（如图1所示）前期采用相对到达时 间定位技术（RTOA），后期采用了差分到达时间技术（DTOA）。系统主要 由四个不发射信号的UWB接收机、一个放置在已知位置的参考标识台（tag★） 和一系列位置未知的超宽带待测标识台（tag）组成。其中待测标识台工作于 脉冲模式，发射信号以5秒为周期，包含了一短时同步引导信号和标识辨识信 号。标识信号是异步的，数据包持续的时间非常短，基本不会发生碰撞。
UWB国内研究现状
UWB技术在我国的研究才刚刚起步。我国正在积极加入到UWB技术 研究领域中去，很多科研机构和越来越多的高校己经将目光投向这一极具发 展力的技术。信息产业部无线电管理部门也在积极筹划，与国外先进UWB 生产商进行技术交流，争取尽早制定我国UWB管理框架，为我国UWB市场 尽早制定技术规则。
ZigBee路由器是一个全功能设备，在接入网路后，它能获得一定的16位短地址 空间。在其通信范围内，它能允许其他节点加入或者离开网络，分配及收回短地址、 路由和转发数据。
ZigBee终端设备，即可以是全功能设备也可以是简化功能设备，它只能与其父 节点通信，从其父节点处获得网络标识符、短地址等相关信息。
随着超宽带技术的不断成熟和发展，市场需求的不断增加，相信 不久超宽带定位技术就可以完全实现商业化，精确的超宽带定位系统 将会得到广泛应用。无论商用或军用，UWB的应用前景是毫无疑问的。 具体而言，如UWB技术可用于穿墙成像、大地成像、公路调度、生命 探测、信息通信、车载雷达、医疗电子、物体探伤、近距离高精度定 位、半导体集成电路布线及UWB测量等各种领域应用。就信息通信领 域而言，它可应用于移动通信、计算机及其外设、信息安全等诸多方 面。